應變式稱重傳感器，核子式稱重傳感器，稱重傳感器

應變式稱重傳感器是工業領域*常用的稱重元件之一，基于**電阻應變效應**原理工作，通過測量彈性體受力變形引起的應變片電阻變化來計算載荷。以下是關于應變式稱重傳感器的詳細解析，結合氣流混合機的應用場景提供針對性說明：

### **一、核心工作原理**

1. **基本結構**  

  - **彈性體**：承受外部載荷并產生彈性變形（材質多為鋁合金、不銹鋼或合金鋼）。  

  - **應變片**：粘貼在彈性體表面，由金屬箔（如康銅）制成，隨彈性體變形發生電阻變化（ΔR/R）。  

  - **測量電路**：通過惠斯通電橋將電阻變化轉換為電壓信號（mV級），經放大、濾波后輸出標準信號（如0-10V、4-20mA）。  

2. **關鍵公式**  

  輸出電壓與載荷的關系：  

  \[

  U_{\text{out}} = \frac{U_{\text{in}} \cdot G \cdot \varepsilon}{4}

  \]  

  其中：  

  - \( U_{\text{in}} \)：橋壓（激勵電壓）  

  - \( G \)：應變片靈敏度系數（通常2.0左右）  

  - \( \varepsilon \)：彈性體應變值  

### **二、主要優缺點與適配場景**

#### **優點**  

1. **成本低**：單價通常為數百至數千元，適合中小型設備或多傳感器陣列布局。  

2. **安裝靈活**：支持多種結構形式（如柱式、懸臂梁式、S型等），適配料斗、平臺、管道等不同安裝方式。  

3. **技術成熟**：工業應用超過50年，可靠性高，配套儀表（如稱重變送器）和軟件生態完善。  

#### **缺點**  

1. **抗干擾能力有限**  

  - **振動敏感**：高頻振動易導致應變片引線斷裂或彈性體疲勞，需搭配減震裝置（如橡膠墊、彈簧阻尼器）。  

  - **溫度漂移**：環境溫度變化會引起應變片電阻和彈性體彈性模量變化，需內置溫度補償電路（如熱敏電阻）。  

2. **動態響應局限**：常規型號響應時間約10-100ms，難以跟蹤高速流動的物料（如氣流輸送中的瞬時流量）。  

3. **易受粉塵/腐蝕影響**：非密封型傳感器在高粉塵或腐蝕性環境中易失效，需選擇IP67/IP68防護等級型號。  

#### **在氣流混合機中的適用場景**  

- **低振動混合工況**：如靜態料斗稱重、低速攪拌混合機的物料累計計量。  

- **中等精度需求**：允許誤差范圍≥1% FS的場景（如建材、化工原料混合）。  

- **非惡劣環境**：無強粉塵、高溫、高壓的常規工業環境。  

### **三、主要類型與選型要點**

#### **1. 按結構形式分類**  

| **類型**   | **典型外形** | **載荷范圍** | **適用場景**                          | **氣流混合機應用建議**                |  

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| **柱式**   | 圓柱體       | 0.5t-500t    | 大型料斗、地磅、罐體稱重              | 用于混合機進料斗的總重量測量          |  

| **懸臂梁式** | L型懸臂      | 0.1t-50t     | 平臺秤、皮帶秤、小型料斗              | 安裝于混合機底部支撐點，測量動態載荷  |  

| **S型**     | S型結構      | 5kg-20t      | 吊鉤秤、拉力/壓力測量                  | 適用于懸掛式混合機的物料懸掛稱重      |  

| **輪輻式**  | 輪輻狀       | 5t-500t      | 高抗偏載場景（如多傳感器并聯布局）      | 用于大型混合機的多點支撐稱重系統      |  

#### **2. 關鍵選型參數**  

- **額定載荷（Capacity）**：需預留20%-30%過載余量，避免長期滿載導致彈性體長久變形。  

- **精度等級**：  

 - 商業級：±0.1%-±0.3% FS  

 - 工業級：±0.5%-±1% FS  

 - 高精度級：±0.02%-±0.05% FS（需定制，成本較高）  

- **輸出信號**：  

 - 模擬量：4-20mA（抗干擾強）、0-10V（易受噪聲影響）  

 - 數字量：RS485（Modbus協議）、USB（支持智能校準）  

- **防護等級**：  

 - IP65：防噴水，適用于潮濕環境  

 - IP67/IP68：防浸水，適合高粉塵或沖洗場景（如食品車間）  

### **四、精度影響因素與優化措施**

#### **1. 主要誤差來源**  

1. **溫度誤差**  

  - 表現：溫度每變化10℃，零點漂移約0.03%-0.05% FS，靈敏度漂移約0.01%-0.02% FS。  

  - 解決方案：  

    - 選擇內置溫度補償的傳感器（如帶溫補應變片或數字溫度傳感器）。  

    - 環境溫度波動大時，加裝溫控箱或使用恒溫材料彈性體（如殷鋼）。  

2. **安裝誤差**  

  - 表現：傳感器安裝傾斜、受力不均會導致偏載誤差（誤差可達5%-10%）。  

  - 解決方案：  

    - 使用專用安裝支架（如球鉸支座）確保垂直受力。  

    - 多傳感器并聯時，采用均載梁結構并進行聯機校準。  

3. **動態載荷沖擊**  

  - 表現：物料快速下料或混合機啟停時，沖擊力可能導致瞬時過載誤差。  

  - 解決方案：  

    - 加裝緩沖裝置（如彈簧減震器、阻尼油缸）。  

    - 采用帶濾波功能的變送器，設置合理的信號平滑時間（如50-200ms）。  

#### **2. 校準與維護要點**  

- **校準周期**：  

 - 常規工業場景：每6-12個月校準一次。  

 - 高精度場景（如食品醫藥）：每3-6個月校準一次。  

- **校準方法**：  

 - 砝碼校準：使用標準砝碼逐級加載，記錄各點誤差并修正。  

 - 現場比對：與已知重量的物料（如整袋原料）進行比對校準。  

- **日常維護**：  

 - 定期清潔傳感器表面粉塵，避免粉塵堆積導致散熱**或機械卡滯。  

 - 檢查電纜連接是否松動，屏蔽層是否接地良好，防止電磁干擾。  

### **五、在氣流混合機中的典型應用方案**

#### **方案1：料斗稱重系統**  

- **配置**：4只懸臂梁式傳感器安裝于料斗底部四角，搭配稱重變送器和PLC控制系統。  

- **流程**：  

 1. 傳感器實時測量料斗重量，信號傳輸至PLC。  

 2. PLC根據預設配比控制進料閥開關，實現定量給料。  

 3. 混合過程中，通過重量變化監控物料流失或結塊情況。  

- **優化點**：  

 - 傳感器與料斗之間加裝橡膠減震墊（硬度邵氏60-70度），衰減混合機振動影響。  

 - 采用數字式傳感器（如帶EEPROM存儲校準數據），支持快速更換后免校準。  

#### **方案2：動態流量監測**  

- **配置**：S型傳感器安裝于進料皮帶秤的稱重輥下方，配合速度編碼器計算瞬時流量。  

- **挑戰**：氣流混合機進料時可能存在物料沖擊，導致動態誤差。  

- **解決方案**：  

 - 選用動態響應速度快的傳感器（采樣頻率≥500Hz）。  

 - 在軟件中設置一階慣性濾波（時間常數0.1-0.5s），平滑高頻噪聲。  

### **六、與其他傳感器的對比選型建議**

| **對比維度**       | **應變式稱重傳感器**       | **科里奧利流量計**       | **核子式傳感器**         |  

|--------------------|--------------------------|--------------------------|--------------------------|  

| **成本**           | 低（千元級）             | 高（數萬元）             | 極高（需輻射審批）       |  

| **精度**           | 中等（0.5%-1% FS）        | 高（0.1%-0.5% FS）       | 中等（0.5%-1% FS）       |  

| **抗振動能力**     | 需減震設計               | 強（無運動部件）         | 強                       |  

| **適用物料**       | 固體、液體（需容器承載）  | 液體、漿體               | 粉體、顆粒料（非接觸）   |  

| **安裝復雜度**     | 中等（需機械支撐）        | 高（需前后直管段）       | 高（需專業安裝團隊）     |  

**結論**：在氣流混合機中，若工況為**低振動、中等精度、固體物料**，應變式傳感器是性價比優選；若需**高精度液體測量或強腐蝕環境**，則需升級為科里奧利或核子式方案。

### **總結**  

應變式稱重傳感器憑借成本低、易安裝的優勢，仍是氣流混合機中*常用的稱重方案，但需針對振動、溫度等環境因素進行系統性優化。選型時需重點關注彈性體結構、防護等級和校準便利性，結合實際工況設計減震、溫補和抗干擾措施，以確保測量精度和長期穩定性。對于復雜工況，可考慮與其他傳感器（如振動傳感器、溫度傳感器）組合使用，通過多源數據融合提升系統可靠性。