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摘要：装车系统称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，其工作原理是把加到秤体上的物体重量转换成与该重量成比例的电信号，然后将输出的电信号放大和A/D转换后由相关电路显示出重量信息。其中电阻应变式称重传感器由于其结构较简单，准确度高，适用面广，稳定性强，且能够在相对比较差的环境下使用，因此在装车系统中得到了广泛地运用。本文就电阻应变式称重传感器的原理以及故障检测方法进行了一些探讨。
一、称重传感器原理
应变式称重传感器作为质量—重量转换元件，主要由三部分组成，即电阻应变片、弹性体和测量电路。
1、应变片
电阻应变片也称电阻应变计，简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化电阻应变片的测量原理：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
ΔR/R=K*ε（1）
其中，K为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
2、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场，使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变到电信号的转换任务。用做称重传感器弹性体的金属材料，由于其内部复杂的组织结构关系，当受到外力作用后在微小晶粒之间会产生微应变，在外力消失以后，微应变随之消失，但是是否能够完全恢复到不受力的原始状态，则因弹性体的金属材料而异。如果加载力的曲线和卸载力的曲线不重合，差值越大，则迟滞性越大。其差值主要来源于材料本身成分的稳定性、均匀性、热处理后的径向组织等等。知道迟滞性产生的原因，可以通过选择合适的金属材料，采用先进的热处理方式提高弹性极限，来减小产生迟滞性从而取得很好的综合机械性能。
3、测量电路
测量电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
二、称重传感器的故障检测
应变式传感器往往会因为一些人为或自然因素损坏，比如传感器过载，冲击，或不小心跌落，大力拽传感器导线，雷击或大电流通过传感器，化学腐蚀，潮气浸蚀或高粉尘环境以及传感器内部的元器件的老化等。直接导致的后果可能是称重系统漂移，显示不稳定或不显示数数据等现象。
称重传感器故障检测通常需要如下步骤：
第一步：零点输出检查
零点输出，顾名思义即传感器在没有载荷的情形下的输出值，所有的载荷（包括秤架等静载荷）都必须去掉的情况下，测试传感器的输出。传感器零点应该是在传感器设计安装使用要求的状态下测试传感器的零点输出，防止传感器本身自重带来的错误影响。传感器应该连接在稳压电源上，最好采用产品说明书中推荐使用的激励电压。一般一个电源接一个传感器。测试纪录传感器的毫伏电压输出值，除以传感器的激励电压，就得出传感器的零点输出值（mV/V）。比较这个输出值与传感器的合格证上的数值，即可得出传感器的零点输出是否合格的结论。
传感器零位永久性的变化一般会因为传感器的超载或受瞬间冲击导致。而如果传感器的零位周期性的变化可能是由于应变计受潮或被由于其他原因导致的化学反应所致，当然这种情况也可以检测传感器的绝缘阻抗和测试桥路电阻检查出来。
第二步测试绝缘阻抗
一般要求测试传感器的桥路线和传感器本体（弹性体，外壳等）之间的阻抗。注意，把传感器和接线盒以及仪表断开。调试好测试绝缘箱，然后将表笔一端接传感器的电缆线（输出，输入，屏蔽线等），一端接传感器的本体（弹性体，外壳等）。一般要求，该阻抗优于5000MΩ。
一般要求传感器桥路同弹性体间的绝缘阻抗优于5000MΩ。绝缘值偏低可能是由于传感器桥路受潮或局部桥路受损。特别低的绝缘阻抗（≤1KΩ）可能是传感器受潮严重而导致桥路与弹性体短接。传感器绝缘低的直接表现就是传感器输出不稳定，而且会随温度变化而变化。
第三步测试桥路阻抗
测试桥路阻抗就是检测传感器桥路的完整性，检测时，应将传感器同接线盒和其它测试设备断开。输入和输出阻抗测试是用数字三用表表笔依次在传感器的输入端头和输出端头处量取阻抗值，对比测试值同合格证的数值；桥路对称度的确认是指用数字三用表量取一个输入端同一个输出端间的阻抗，依次量取可以得出4组阻抗值，该四组阻抗值的差异不得大于3Ω。
桥路阻抗的变化常常是由于桥路受损或断开，电子元器件失效或内部短路.这可能是由于大电流或电压（雷击或焊接电流）击穿烧毁电桥，或者由于冲击或震动疲劳导致，或者超高温度等原因导致。
第四步测试传感器输出
将传感器单独接在稳压电源上，使用激励电压10VDC.将传感器的输出端接在毫伏表上，按传感器的安装使用状态，在传感器的加载端上加载，观测传感器的输出变化。
正常情形下，传感器应该有一个正向的输出。如果传感器的输出异常，可能是由于传感器接线错误或者传感器应变片与弹性体肌体脱落导致。
结束语
总之，以称重传感器为核心的计量器具在实际的使用过程中引发故障的原因很多，有时几个故障可能同时出现。最好是在传感器工作原理的基础上制作传感器检查表，以提高分析的针对性和分析效率，从而快速而又准确的发现故障。在检查称重传感器故障时，首先要对称重传感器的外观进行检查，然后根据检查表对其进行逐步的分析和测试，相信故障就会很快排除。
参考文献：
[1]刘九卿.应变式称重传感器技术动向和发展趋势[C].第五届全国称重技术研讨会论文集，2005.
[2]曼弗雷德.柯希克，邹炳易，施昌彦译.称重手册[M].中国计量出版社，1992.邮政编码：030006
作者简介：丁玲，现就职于天地科技股份有限公司开采设计事业部，长期从事于电气控制系统的开发研究。