分析了電阻應變式傳感器的結構原理和基本技術(shù)參數，以及由于超載導致傳感器損壞的故障表現等，提出了 對超載故障的檢查判斷要點(diǎn)和幾種簡(jiǎn)易快速的維修方法。實(shí)踐證明，通過(guò)這些維修方法，能夠使許多電子秤恢復正常 工作，并為從事電子秤檢定、維修的人員提供技術(shù)參考。

1.引言

由于電子秤使用方便，隨著(zhù)成本價(jià)格的不斷下 降，電子秤在生產(chǎn)、貿易等方面日漸普及，并深受廣大 用戶(hù)的歡迎。但是，由于電子秤使用了傳感器作為稱(chēng) 量部件,因此在出現故障后維修的難度也比較大。

傳感器是電子秤的一個(gè)重要的部件,同時(shí)，傳 感器也是電子秤中一個(gè)比較容易損壞的部件，很容 易因使用不當，稱(chēng)量了超過(guò)電子枰測量范圍的物件 而導致傳感器超載損壞。同時(shí)，由于部分電子秤生 產(chǎn)廠(chǎng)家為了降低成本，使用了過(guò)載能力較低的傳感 器，并且防止傳感器過(guò)載的設計過(guò)于簡(jiǎn)單,客觀(guān)上 也造成了電子秤容易由于超載而損壞。

2.傳感器的結構原理和基本技術(shù)參數

要判斷傳感器是否因超載造成損壞，首先要了 解傳感器的結構原理和基本技術(shù)參數。

2.1傳感器的結構原理

電子秤常用的傳感器一般是電阻應變式傳感 器，基本原理就是將電阻應變片粘貼在一個(gè)金屬的彈性體上，彈性體(彈性元件)在外力作用下產(chǎn)生彈 性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片(轉換元件) 也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，他的阻值將 發(fā)生變化(增大或減小）,再經(jīng)相應的測量電路把這 一電阻變化轉換為電信號(電壓或電流)輸出，從而 將力值信號轉換為電信號。

電阻應變式傳感器主要由電阻應變片、彈性體 和檢測電路3個(gè)部分組成。

2.1.1電阻應變片

電阻應變片是用直徑約為0.025 mm的具有高 電阻率的電阻絲制成，如圖1所示，為獲得高的電阻值，電阻絲排列成柵網(wǎng)狀，并粘貼在絕緣的基片 上，電阻絲的兩端焊接有引出導線(xiàn)，線(xiàn)柵上面粘貼 有起保護作用的覆蓋層。

電阻應變片的電阻R值可用式(1)表示：

2.1.2彈性體

用于電子秤的傳感器彈性體一般結構形式是 剪切梁式，其工作原理是利用剪切原理，即當彈性 體受外力作用后，測量由剪切力引起的切應力，但 切應力本身是測量不出的，他能產(chǎn)生與工字梁中心 軸線(xiàn)成45°角的互相垂直的主應力，也就是產(chǎn)生由 切應力而引起的拉伸應力與壓縮應力。因此，在剪 切梁式傳感器中，是將四個(gè)電阻應變片分別貼在工 字梁腹板的兩面，并與中心軸線(xiàn)成45°的互相垂直 到位置上。

2.1.3檢測電路

傳感器彈性體上的四個(gè)電阻應變片組成一個(gè) 全橋電橋，如圖2所示。圖中，凡至札為電阻應變 片，V為輸入電壓值，F。為輸出電壓值。當傳感器不 受載荷時(shí)，輸出電壓F。為零值;當傳感器承受載荷 時(shí)，應變計R1、R3電阻值增加而R2、R4電阻值減少, 使電橋對角線(xiàn)上產(chǎn)生與載荷成正比的不平衡輸出， 即輸出電壓F。產(chǎn)生變化，利用這一原理，就可測出 載荷值。

2.2傳感器的基本技術(shù)參數

傳感器的技術(shù)指標包括零點(diǎn)輸出、零點(diǎn)漂移、 重復性、直線(xiàn)度、滯后、長(cháng)期穩定性、蠕變、零點(diǎn)溫度 影響、輸出溫度影響、輸出靈敏度、輸人電阻、輸出 電阻、激勵電壓、安全過(guò)載范圍、極限過(guò)載范圍等。 在檢修過(guò)程中，只需要了解輸入電阻、輸出電阻等 參數就可以了。

電阻應變式的傳感器基本是4線(xiàn)制的，包括兩 根電源輸人線(xiàn)V+和V-,兩根信號輸出線(xiàn)S+和S-。 電源輸入信號由一個(gè)穩壓電路提供，一般為直流 5 V~24 V，通常用V+和V-表示。而信號輸出S+和 S-是一個(gè)mV/V的電壓信號，這個(gè)輸出信號是隨著(zhù) 傳感器所受壓力變化而變化的。

國內對傳感器連接線(xiàn)的顏色沒(méi)有統一標準規 定，常見(jiàn)的傳感器連接線(xiàn)的顏色定義為：V+紅， V-黑，S+綠，S-白，這也是大部分國產(chǎn)傳感器的線(xiàn) 序。也有的傳感器連接線(xiàn)顏色定義為V+紅，V-黑， S+綠，S-黃。

通過(guò)測量傳感器輸出電阻，也可以區分連接 線(xiàn)。常用傳感器的輸入電阻一般為400 歐姆左右， 輸出電阻為350歐姆左右(部分傳感器輸入電阻為 1 050歐姆左右，輸出電阻為1000歐姆左右)。這樣只要 通過(guò)萬(wàn)用表就可以判斷，電阻為400歐姆左右的兩根 線(xiàn)是傳感器的輸入端，這也是傳感器任意測量時(shí)兩 根線(xiàn)之間最大的電阻，而電阻為350 歐姆左右的為輸 出端。

3.傳感器的故障判斷

3.1傳感器的故障表現

電子秤傳感器的極限過(guò)載范圍一般是額定載 荷的3倍左右，超過(guò)極限過(guò)載范圍后，就會(huì )對傳感 器造成損壞。電子秤超載損壞后的故障表現主要有以下幾種：

（1）加載到(或接近)滿(mǎn)量程負荷時(shí)顯示超載；

（2）正常開(kāi)機后不顯示零值；

（3）開(kāi)機自檢程序提示出錯，如顯示“err x”、 “E 1”‘‘F--5—-H；

(4)正常開(kāi)機顯示零值后，稱(chēng)量物體數值無(wú)反 應，或者開(kāi)機后顯示不歸零。

電子秤出現以上故障時(shí)，可以初步懷疑是傳感 器出現問(wèn)題，在排除傳感器斷線(xiàn)、傳感器和儀表的 插頭接觸不良等線(xiàn)路故障后，就可以基本判斷是傳 感器的故障了。

3.2傳感器的故障判斷方法

（1）通過(guò)測量傳感器輸入輸出電阻值，判斷傳 感器的好壞。檢查傳感器時(shí)，首先判斷傳感器的連 接線(xiàn)路，對于連接在電路上的傳感器，可以用簡(jiǎn)單 的方法進(jìn)行判斷:接通電子秤電源，然后開(kāi)機，使用 萬(wàn)能表直流電壓檔，負極接地，正極分別測量傳感 器的4根連接線(xiàn),電壓為零(接地)的是V-，電壓最 髙的是V+，電壓為V+—半的是信號輸出線(xiàn)S+和 S—。

一般情況下，通過(guò)測量V+和s+，v+和s-，v-和 S+，V-和S-之間的電阻，就可以基本判定傳感器是 否損壞。正常的傳感器，V+和S+，V+和S-之間的兩 個(gè)電阻相同，V-和S+，V-和S-之間的兩個(gè)電阻相 同。也就是傳感器的任意一個(gè)輸人端(V+或V-)到 兩個(gè)信號輸出端(S+和S-)的兩個(gè)電阻是相同的。 假如傳感器任意輸入端到兩個(gè)信號輸出端的兩個(gè) 電阻相差2ft以上，則說(shuō)明傳感器的電橋已經(jīng)由于 超載受到損壞。

（2）通過(guò)測量傳感器的零位輸出信號，判斷傳 感器的好壞。由于傳感器的內部電路結構是一個(gè)電 橋，因此，理論上傳感器在沒(méi)有負載的情況下，兩個(gè) 信號端(S+和S-)的輸出信號值應該是OmV。但實(shí) 際上由于傳感器的制造工藝問(wèn)題，零位輸出信號 不可能完全為零。按照國家標準，零位輸出信號 不能大于傳感器輸出的±1%FS。例如，一個(gè)傳感 器的靈敏度是2.00 mV/V，電路的輸入電壓為10 V， 傳感器的最大輸出電壓就是2 mV/V (靈敏度）x 10V(輸人電壓)=20mV，則零位輸出信號不應超 過(guò)士 1 %x20 mV=±0.2 mV。

檢測時(shí),將萬(wàn)用表調到20mV檔,測量傳感器 的信號輸出兩端，如果傳感器上沒(méi)有任何負載，而測 量出來(lái)的信號電壓卻遠遠超出正常零點(diǎn)值(0.2 mV)， 則說(shuō)明傳感器已經(jīng)超載損壞了。

（3）短路法。在實(shí)際檢測過(guò)程中，對于不能正常 開(kāi)機的電子秤，也可以用一個(gè)金屬鑷子直接將兩個(gè) 信號端(S+和S-)短路，然后開(kāi)機，如果電子秤能夠 正常開(kāi)機顯示零位，也可以基本判定是傳感器超載 損壞。其原理是通過(guò)直接短路將兩個(gè)信號端電壓調 平衡，讓程序認為傳感器正常，從而通過(guò)自檢程序。

（4）替換法。對于以上方法都不能判定的傳感 器，可以進(jìn)行替換。將一個(gè)靈敏度和電阻相近的傳 感器連接到電路上，假如電子秤能夠正常開(kāi)機和對 加荷有反應，也可判定原傳感器損壞。但是由于不 同電子秤在標定時(shí)所記錄的數據不同，所以換上去 的傳感器顯示的測量數值是不正確的。替換時(shí)要注 意，如果此傳感器的型號規格不一樣，一般不要進(jìn) 行重新標定或校準，否則可能造成原有程序數據丟 失無(wú)法恢復。

4.檢修方法

傳感器超載,造成的損壞從程度上可以分為兩 類(lèi)，（1)彈性體嚴重損壞，從外觀(guān)可以直接觀(guān)察到彈 性體巳經(jīng)變形，內部電阻應變片也可能已經(jīng)斷路， 輸出端電阻值為無(wú)窮大,此類(lèi)情況下傳感器已經(jīng)沒(méi) 有修復價(jià)值，建議更換；（2)彈性體沒(méi)有嚴重變 形，只是輸出電阻不平衡，或者零點(diǎn)輸出值過(guò)大， 這類(lèi)情況一般可以用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行修復。根據 實(shí)際維修經(jīng)驗，傳感器超載造成無(wú)法修復的損壞情 況不多。以下介紹的維修方法主要是針對第二類(lèi) 情況。

（1）重新標定。對于可以正常開(kāi)機，但加載到 (或接近)滿(mǎn)量程負荷時(shí)顯示超載的情況,可以對電 子秤進(jìn)行重新標定。由于現代的電子秤在軟件設計 上一般都有內部標定程序，對于示值誤差不大的情 況下，按照說(shuō)明書(shū)或廠(chǎng)家提供的技術(shù)資料對電子秤 進(jìn)行重新標定，往往可以使電子秤恢復正常。

（2）調整電路零值電壓。由于應變式傳感器的 零點(diǎn)輸出不一樣而且不太穩定，因此許多電子秤都 會(huì )設計有調零電路。一般有兩種調整方式，(a)使用 可調電位器;(b)使用跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)。維修時(shí)直接調整電 位器或進(jìn)行跳線(xiàn)就可以了。

還有部分電子秤沒(méi)有調零電路，此時(shí)需要采用 電阻補償的方法進(jìn)行調整?；驹硎菍鞲衅鲀?/span> 部的電橋不平衡量用電阻在外部電路上進(jìn)行補償， 使其信號輸出端電壓恢復到正常范圍。

某型號電子秤超載故障的檢修實(shí)例:電子秤開(kāi) 機顯示測量傳感器輸入電壓為12 V，零 位輸出電壓為6.IV。而正常情況下，傳感器經(jīng)過(guò)運算放大器放大后的零位輸出電壓應 該在電源電壓的二分之一以下，因此零位電壓應該 在5.5 V-6.0 V之間，由此基本判斷是傳感器超載損 壞。維修方法是通過(guò)電阻補償的原理，在電路上將 輸出電壓補償到正常電壓。具體做法是在第一級運 算放大器的同相端對地接1個(gè)補償電阻，電阻的阻 值視零位偏移量而定，一般在1 MXi~5 MX1之間，電 阻越小，補償量越大。接上一個(gè)1 的電阻之后， 傳感器零位輸出電壓降為5.8 V，電子天平恢復正 常工作。

(3)機械加力方式。在維修工作中，部分傳感器 還可以通過(guò)機械加力的方法進(jìn)行調整，即反方向超 載加力，使彈性體恢復正常位置。但必須注意，加力 的力度不能太大，否則會(huì )永久損壞傳感器,一般最 大可以加到傳感器額定負荷的2~3倍(由于傳感器 的極限負荷一般是額定負荷的2~3倍，因此最好不 要超過(guò)此值),加力過(guò)程要平穩，而且應該分多次加 力，并逐步加大力值，每次加力后要重新開(kāi)機檢査 傳感器的狀態(tài)是否已經(jīng)恢復，避免反向超載損壞。 實(shí)踐證明，通過(guò)機械加力方式，損壞輕微的傳感器 可以恢復正常,而且非線(xiàn)性誤差變化不大，經(jīng)過(guò)重 新標定,可以繼續正常使用。

5.結束語(yǔ)

通過(guò)了解電阻應變式傳感器的結構原理，利用 以上的幾種檢修方法，可以較迅速地檢査傳感器的 狀態(tài)，判斷傳感器的損壞情況，并且有效地排除故障。