行业资讯
 
 您当前的位置:首页 > 行业资讯

称重传感器(Load Cell)之特性分析

发布日期:2022-04-26发布人:超光传感器浏览次数:134

  称重传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。 
  静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。 
  动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
  一般来说,传感器的输入和输出关系可用微分方程来描述。理论上,将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时,即可得到静态特性。因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。
  传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外,还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。 
一、 传感器的静态特性 
  传感器的输入- 输出关系:输入(外部影响:冲振、电磁场、线性、滞后、重复性、灵敏度、误差因素)—传感器—输出(外部影响:温度、供电、各种干扰稳定性、温漂、稳定性(零漂)、分辨力、误差因素)。人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系,而且最好呈线性关系。但一般情况下,输入输出不会完全符合所要求的线性关系,因传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各种因素,以及受外界条件的各种影响。一般称重传感器所标注的参数都是静态参数。
传感器静态特性的主要指标有:线性度、灵敏度、重复性(稳定性)、迟滞性、分辨率、漂移等。
1、线性度(非线性度Nonlinearity)
  指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。
2、迟滞特性
  表明检测系统在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间(循环负载),输入-输出特性曲线不一致的程度。也就是说,对同样大小的输入量,检测系统在下、反行程中,往往对应两个大小不同的输出量。
  通过实验,找出输出量的这种最大差值,并以满量程输出YFS(满量程)的百分数表示,就得到了迟滞的大小式中,为输出值在正、反行程期间的最大差值。
3、重复性(Nonrepeatability)
  重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度,也叫稳定性,一般取多次连续测量同一输入值得最大随机误差。重复性的高低与许多随机因素有关,也与产生迟滞的原因相似,它可用实验的方法来测定。
4、蠕变性(Creep)
  蠕变指的是材料在恒载下(外界载荷不变)的情况下,变形程度随时间增加的现象,表现在传感器上即其输出的变化百分比。对于国外的传感器来讲,尤其是称重传感器,他们所标注的参数是综合误差,其含义就是在非线性度误差、迟滞误差、重复性误差当中取其最大值作为误差参数。
5、 灵敏度(Sensitivity) 
  对于线性传感器,其灵名度就是它的静态特性直线的斜率。 
  而非线性传感器的灵敏度,是不同点不同值。
6、分辨率(Resolution)
  分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力,是值引起示值改变的最小测量值,应与灵敏度系数分开(灵敏系数——指输出与输入之比)。理论上传感器的分辨率是无限的,只是我们后期读数或采样设备中能够精确的看到多少位的变化有局限性。例如:我们的压力负荷是从0.01233N到0.01235N的一个微小的变化(甚至在更低位),那么我们传感器本身是能够有输出变化的,但是我们的数采度数假如只能显示到第四位,如果它输出电压的变化是从0.0000x V到0.0000y V(甚至更小,在更低位),它就很有可能读不到这样一个变化。所以分辨率和精度是两个不能混为一谈的概念。
7、漂移(Drift)
  传感器的漂移是指在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下.零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。
对于温度漂移,我们可以通过制作工艺来补偿,比如说用隔热材料作为传感器外壳,或者选用一种自温度补偿的应变片,再或者使用温度系数较低的材料作为传感器测量元件。
二、传感器的动态特性
  动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。很多传感器要在动态条件下检测,被测量可能以各种形式随时间变化。只要输入量是时间的函数,则其输出量也将是时间的函数,其间关系要用动特性来说明。动特性是传感器性能的一个重要方面,对其进行研究与分析十分必要。
传感器的动特性取决于传感器本身材料的特性,另一方面也与被测量的形式有关。
1、材料本身特性
  若材料本身有一个较高的固有频率(Natural Frequency),例如压电材料,它就可以制成频率响应较高的传感器。另外若被测量变化的频率比较高,而传感器本身的响应比较慢,这样就会造成输出的失真,不能真实反映实际测量的状态。一般用冲击响应中传感器输出达到稳态值的时间t来表征其性能,如图1-4。对于不同的传感器,其达到稳态所需的时间不同。简单来说,对于一个瞬间的冲击作用力(阶跃输入),传感器输出所表现出来的特性,即它的动态特性。
2、被测量的形式
( 1)规律性的: 1)周期性的:正弦周期输入、复杂周期输入;2)非周期性的:阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入;3)随机性的:
( 2)平稳的:1)多态历经过程、非多态历经过程;2)非平稳的随机过程。
  在研究动态特性时,通常只能根据“规律性”的输入来考虑传感器的响应。复杂周期输入信号可以分解为各种谐波,所以可用正弦周期输入信号来代替。其它瞬变输入不及阶跃输入来得严峻,可用阶跃输入代表。因此,“标准”输入只有三种;正弦周期输入、阶跃输入和线性输入。
  经常使用的是前两种,所以在传感器选型时应注意被测量的特性,如果要求精确的看到它的动态变化,那么建议使用压电式或其他频响(Response Frequency)较高的传感器,并考虑到压电式传感器有一个放电时间常数,后期数采设备也必须有较高的采样频率(Sample Rate),以获取比较好的动态响应,达到准确测量的目的。  


济源市超光传感诚信为您制作高品质传感器



济源市超光传感器系统工程有限公司
地址:河南济源五龙口五龙商业街
电话:0391-5500710
手机:15839131252

识码微信咨询

手机版网站
Copyright © 2023 济源市超光传感器系统工程有限公司 All Rights Reserved.  豫ICP备2021031533号-1