摘要本文簡要介紹了電子秤在鋼鐵行業(yè)中的應用，并對使用過程中傳感器的選擇進行了深入的分析，以供同行交流和參考。 

關鍵詞稱重傳感器，電阻應變片，標定 

稱重檢測在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著十分重要的地位，它被廣泛用于檢斤計量、配料控制、物流運輸、物位（液位）檢測等方面。提高稱量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度對控制企業(yè)成本、提高產(chǎn)品質量具有非常重要的意義。 

鋼鐵行業(yè)中，現(xiàn)場使用最廣泛的電子衡器通常有電子臺秤（如煉鋼系統(tǒng)的合金秤）、料斗（倉）秤、汽車衡、軌道衡（靜態(tài)、動態(tài)）、煤塔秤、稱重式鐵水液位計、配料秤、皮帶秤、螺旋秤、核子秤等。 

一般來說，一套稱重系統(tǒng)是由秤體、稱重傳感器、重量變送器三部分組成。秤體是用來承受被稱量物體的重力，并將該力傳遞給稱重傳感器的設備，它可以是容器（倉、罐、料斗）自身；稱重傳感器是將重量信號轉換為成正比的電信號；重量變送器是對來自傳感器的弱電信號進行放大，A/D轉換及處理，并進行顯示，標定以及通過各種接口（如串行口/模擬量/開關量/現(xiàn)場總線等）與其他設備進行通訊和控制。稱重傳感器是系統(tǒng)中最核心的設備，從目前稱重傳感器的發(fā)展來看，電阻應變片式傳感器因其精度較高、穩(wěn)定性好、技術成熟、性價比較高已經(jīng)成為現(xiàn)場應用中的主流選擇。稱重系統(tǒng)中，傳感器的選擇是最為關鍵的，要從以下幾個方面綜合考慮，以便做出合理的選擇。 

一、稱重傳感器數(shù)量及量程的選擇 

稱重傳感器數(shù)量的確定一般根據(jù)秤體的支撐點數(shù)確定，原則是盡可能使秤體重心與多個傳感器（支撐點）的幾何中心相重合。但在實際使用過程中，因為料斗形狀不規(guī)則，造成秤體重心隨料量多少而變化。對于這種情況，筆者建議采用3只傳感器，利用三點確定一個平面的原理，確保各傳感器受力，避免出現(xiàn)“蹺蹺板”現(xiàn)象。 

現(xiàn)場選擇傳感器的時候，有些人出于安全考慮，總喜歡將量程盡可能地選大，這是很不合適的。事實上，一般傳感器的過載能力都達到150%F·S（短期甚至可達300%F·S）。而且我們知道，對于同等精度的傳感器來說，量程選擇過大的話，對正常測量所造成的誤差也會隨之增大。這對于一些添加精度要求較高的配料環(huán)節(jié)，是極為不利的。 

傳感器量程的選擇應依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及振動、沖擊等因素綜合評價來確定，以保證傳感器的安全和壽命。 

上圖為國際法制計量組織（OIML）R60《稱重傳感器》國際建議對稱量系統(tǒng)量程選擇的要求。在日常應用中，筆者建議可按下式考慮： 

C=K0×K1×K2×K3×（Wmax+W）/N 

式中：C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點的數(shù)量；K0—保險系數(shù)，一般取值在1.2~1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風壓系數(shù)。 

二、稱重傳感器特性選擇 

鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較復雜，因此稱量裝置的安裝環(huán)境也各不相同，我們必須根據(jù)現(xiàn)場實際選擇具有相應特性并滿足需求的特殊稱重傳感器。 

對于鋼坯秤、輥道秤等用于高溫環(huán)境下的稱量裝置，為了避免高溫對傳感器造成焊點開化、彈性體內應力發(fā)生結構變化、溫度補償范圍不夠等問題，必須采用耐高溫傳感器，并須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。 

對于原料場以及石灰秤等高粉塵、潮濕環(huán)境，為避免絕緣下降造成傳感器零飄甚至短路損傷傳感器，應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器，堅決不能使用充填涂覆密封膠形式的傳感器。 

對于化產(chǎn)區(qū)域的稱重傳感器，考慮到腐蝕性環(huán)境對傳感器的損害，應選擇不銹鋼材質，抗腐蝕性能及密封性好的傳感器。對于噴煤、焦化區(qū)域的噴吹罐秤、粉倉秤、煤塔秤等，因其所在區(qū)域為易燃易爆環(huán)境，所以必須選用滿足相應防爆等級的傳感器。 

三、傳感器結構形式的選擇 

傳感器形式的選擇主要取決于載荷的類型（是否有沖擊）、精度要求、量程大小、安裝空間以及維護需要等方面。如柱式傳感器適用于汽車衡、大噸位料斗秤等；雙剪切梁式傳感器適用于大噸位汽車衡、軌道衡；懸臂梁傳感器適合于地上衡、平臺秤等；S型拉式傳感器適用于電子皮帶秤、料斗秤等；彎曲梁式傳感器適用于小噸位皮帶秤、配料秤等；軸銷式傳感器適用于軌道衡、煤塔秤等作業(yè)頻繁、檢修時間緊張的區(qū)域。 

四、傳感器準確度等級選擇 

對傳感器準確度等級的選擇必須滿足整臺電子秤準確度的要求，因為一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，秤體強度、變送器特性、使用環(huán)境等因素都會直接影響到秤的準確度，所以在對傳感器準確度選擇的時候，應使傳感器的準確度略高于理論計算值（建議高30%）。 

但另一方面，如果選擇精度很高的傳感器（如C3級），投資造價又會大幅度增加。對于計量結算用的衡器，我們在選擇傳感器時，應優(yōu)先考慮它的準確度等級，以確保組秤后，系統(tǒng)的綜合精度優(yōu)于0.5級。對于一些需要精確稱量和自動控制的配料系統(tǒng)，我們也必須選擇準確度等級高的傳感器。而對于普通的稱重系統(tǒng)，一般來說要求的稱量精度可能不是很高，此時我們則可以選擇準確度等級不是很高的傳感器以降低投資費用。同樣，對于大多數(shù)利用稱重法檢測物位或是液位的系統(tǒng)，傳感器的準確度等級也沒必要選的過高。 

五、傳感器靈敏度選擇 

對傳感器靈敏度的選擇必須滿足稱重儀表輸入的要求：稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、A/D轉換等處理之后顯示稱量結果的。因此，傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入情號大小，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計算結果必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度，即對應于每個分度值的重量，傳感器輸出信號： 

≥儀表輸入靈敏度 

式中，S：傳感器輸出靈敏度；U：激勵電源電壓； Wmax：秤的最大稱量；nmax：秤的最大分度數(shù)； N：傳感器的個數(shù)；R：傳感器量程。 

現(xiàn)場使用的電子秤，除吊鉤秤外，基本都采用多傳感器組秤，分為串聯(lián)和并聯(lián)組秤兩種方式。串聯(lián)方式對傳感器一致性要求較低，但線路復雜，投資較大，現(xiàn)在已經(jīng)基本不再使用。目前最為普遍的組秤方式為傳感器并聯(lián)組秤。該方式是各個傳感器的輸入端并聯(lián)，使用一個公共電源供橋，輸出也以并聯(lián)的方式工作。為分析簡便起見，現(xiàn)以兩個傳感器的并聯(lián)工作方式介紹如下： 

設兩只傳感器的靈敏度分別為S1、S2， 橋臂電阻分別為R1、R2，供橋電壓分別為U1、U2。通過電路分析可知，這兩個傳感器并聯(lián)工作的條件是S1R1=S2R2，同理，當n個傳感器并聯(lián)工作時可得：S1/R1=S2/R2=„=Sn/Rn。顯然，并聯(lián)工作狀態(tài)對傳感器本身的參數(shù)要求是比較高。 

鋼鐵行業(yè)中，部分生產(chǎn)現(xiàn)場的配料秤料斗是不規(guī)則的形狀，裝料及下料過程中，料斗的重心會隨著料量的變化而變化，因此各傳感器的載荷分布情況是變化的，如果各傳感器靈敏度不一致的話，其輸出特性顯然會與標定時不一樣，從而帶來較大的測量誤差。因此，我們在選擇傳感器時，必須按照前文所述，盡可能地選擇參數(shù)一致性較好的傳感器，以滿足S1/R1=S2/R2=„=Sn/Rn。 

六、特殊需求 

此外，在選擇傳感器時，我們還應考慮現(xiàn)場中的一些其他方面的需求：如某些場合，由于空間或承重結構和能力的限制，不具備校秤的條件，則建議考慮采用數(shù)字式傳感器；因為數(shù)字傳感器在使用過程中，重量變送器（數(shù)字秤）會自動對其進行編址和尋址操作，并將其參數(shù)信息讀入系統(tǒng)，根據(jù)其特性確定系統(tǒng)總輸出。從理論上來說，在秤體結構不發(fā)生變化的情況下，更換傳感器后基本不需要重新標定。 

再如，某些稱重系統(tǒng)在使用中受水平橫向沖擊力較大，當其超出加載連接裝置的抗側向力或自復位能力時，必須考慮在加載連接裝置中設計、增加專門的限位裝置，或在系統(tǒng)中增加過載保護結構。 

總之，為了確保稱重系統(tǒng)的可靠運行，并提供較高的測量精度，首要應當解決的就是傳感器的選擇問題，只要我們掌握傳感器的工作原理，充分了解各種傳感器的功能特性，并充分考慮現(xiàn)場工藝需求，就一定能夠解決好這個問題。

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