分析了電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)，以及由于超載導(dǎo)致傳感器損壞的故障表現(xiàn)等，提出了 對(duì)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(fù)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，隨著成本價(jià)格的不斷下 降，電子秤在生產(chǎn)、貿(mào)易等方面日漸普及，并深受廣大 用戶的歡迎。但是，由于電子秤使用了傳感器作為稱 量部件,因此在出現(xiàn)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(dāng)，稱量了超過(guò)電子枰測(cè)量范圍的物件 而導(dǎo)致傳感器超載損壞。同時(shí)，由于部分電子秤生 產(chǎn)廠家為了降低成本，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(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單,客觀上 也造成了電子秤容易由于超載而損壞。

2.傳感器的結(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)

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(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)。

2.1傳感器的結(jié)構(gòu)原理

電子秤常用的傳感器一般是電阻應(yīng)變式傳感 器，基本原理就是將電阻應(yīng)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(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件) 也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)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(yīng)的測(cè)量電路把這 一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流)輸出，從而 將力值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片、彈性體 和檢測(cè)電路3個(gè)部分組成。

2.1.1電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)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(dǎo)線，線柵上面粘貼 有起保護(hù)作用的覆蓋層。

電阻應(yīng)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(jié)構(gòu)形式是 剪切梁式，其工作原理是利用剪切原理，即當(dāng)彈性 體受外力作用后，測(cè)量由剪切力引起的切應(yīng)力，但 切應(yīng)力本身是測(cè)量不出的，他能產(chǎn)生與工字梁中心 軸線成45°角的互相垂直的主應(yīng)力，也就是產(chǎn)生由 切應(yīng)力而引起的拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力。因此，在剪 切梁式傳感器中，是將四個(gè)電阻應(yīng)變片分別貼在工 字梁腹板的兩面，并與中心軸線成45°的互相垂直 到位置上。

2.1.3檢測(cè)電路

傳感器彈性體上的四個(gè)電阻應(yīng)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(yīng)變 片，V為輸入電壓值，F。為輸出電壓值。當(dāng)傳感器不 受載荷時(shí)，輸出電壓F。為零值;當(dāng)傳感器承受載荷 時(shí)，應(yīng)變計(jì)R1、R3電阻值增加而R2、R4電阻值減少, 使電橋?qū)蔷€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(cè)出 載荷值。

2.2傳感器的基本技術(shù)參數(shù)

傳感器的技術(shù)指標(biāo)包括零點(diǎn)輸出、零點(diǎn)漂移、 重復(fù)性、直線度、滯后、長(zhǎng)期穩(wěn)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(lì)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(shù)就可以了。

電阻應(yīng)變式的傳感器基本是4線制的，包括兩 根電源輸人線V+和V-,兩根信號(hào)輸出線S+和S-。 電源輸入信號(hào)由一個(gè)穩(wěn)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(hào)輸出S+和 S-是一個(gè)mV/V的電壓信號(hào)，這個(gè)輸出信號(hào)是隨著 傳感器所受壓力變化而變化的。

國(guó)內(nèi)對(duì)傳感器連接線的顏色沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定，常見(jiàn)的傳感器連接線的顏色定義為：V+紅， V-黑，S+綠，S-白，這也是大部分國(guó)產(chǎn)傳感器的線 序。也有的傳感器連接線顏色定義為V+紅，V-黑， S+綠，S-黃。

通過(guò)測(cè)量傳感器輸出電阻，也可以區(qū)分連接 線。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 線是傳感器的輸入端，這也是傳感器任意測(cè)量時(shí)兩 根線之間最大的電阻，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(xiàn)

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(duì)傳感 器造成損壞。電子秤超載損壞后的故障表現(xiàn)主要有以下幾種：

（1）加載到(或接近)滿量程負(fù)荷時(shí)顯示超載；

（2）正常開(kāi)機(jī)后不顯示零值；

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

(4)正常開(kāi)機(jī)顯示零值后，稱量物體數(shù)值無(wú)反 應(yīng)，或者開(kāi)機(jī)后顯示不歸零。

電子秤出現(xiàn)以上故障時(shí)，可以初步懷疑是傳感 器出現(xiàn)問(wèn)題，在排除傳感器斷線、傳感器和儀表的 插頭接觸不良等線路故障后，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(cè)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 接線路，對(duì)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(jī)，使用 萬(wàn)能表直流電壓檔，負(fù)極接地，正極分別測(cè)量傳感 器的4根連接線,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(hào)輸出線S+和 S—。

一般情況下，通過(guò)測(cè)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(hào)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(hào)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(cè)量傳感器的零位輸出信號(hào)，判斷傳 感器的好壞。由于傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是一個(gè)電 橋，因此，理論上傳感器在沒(méi)有負(fù)載的情況下，兩個(gè) 信號(hào)端(S+和S-)的輸出信號(hào)值應(yīng)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(hào) 不可能完全為零。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，零位輸出信號(hào) 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(hào)不應(yīng)超 過(guò)士 1 %x20 mV=±0.2 mV。

檢測(cè)時(shí),將萬(wàn)用表調(diào)到20mV檔,測(cè)量傳感器 的信號(hào)輸出兩端，如果傳感器上沒(méi)有任何負(fù)載，而測(cè) 量出來(lái)的信號(hào)電壓卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(cè)過(guò)程中，對(duì)于不能正常 開(kāi)機(jī)的電子秤，也可以用一個(gè)金屬鑷子直接將兩個(gè) 信號(hào)端(S+和S-)短路，然后開(kāi)機(jī)，如果電子秤能夠 正常開(kāi)機(jī)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(hào)端電壓調(diào) 平衡，讓程序認(rèn)為傳感器正常，從而通過(guò)自檢程序。

（4）替換法。對(duì)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(jī)和對(duì) 加荷有反應(yīng)，也可判定原傳感器損壞。但是由于不 同電子秤在標(biāo)定時(shí)所記錄的數(shù)據(jù)不同，所以換上去 的傳感器顯示的測(cè)量數(shù)值是不正確的。替換時(shí)要注 意，如果此傳感器的型號(hào)規(guī)格不一樣，一般不要進(jìn) 行重新標(biāo)定或校準(zhǔn)，否則可能造成原有程序數(shù)據(jù)丟 失無(wú)法恢復(fù)。

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(yán)重?fù)p壞，從外觀可以直接觀察到彈 性體巳經(jīng)變形，內(nèi)部電阻應(yīng)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(fù)價(jià)值，建議更換；（2)彈性體沒(méi)有嚴(yán)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(fù)。根據(jù) 實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，傳感器超載造成無(wú)法修復(fù)的損壞情 況不多。以下介紹的維修方法主要是針對(duì)第二類(lèi) 情況。

（1）重新標(biāo)定。對(duì)于可以正常開(kāi)機(jī)，但加載到 (或接近)滿量程負(fù)荷時(shí)顯示超載的情況,可以對(duì)電 子秤進(jìn)行重新標(biāo)定。由于現(xiàn)代的電子秤在軟件設(shè)計(jì) 上一般都有內(nèi)部標(biāo)定程序，對(duì)于示值誤差不大的情 況下，按照說(shuō)明書(shū)或廠家提供的技術(shù)資料對(duì)電子秤 進(jìn)行重新標(biāo)定，往往可以使電子秤恢復(fù)正常。

（2）調(diào)整電路零值電壓。由于應(yīng)變式傳感器的 零點(diǎn)輸出不一樣而且不太穩(wěn)定，因此許多電子秤都 會(huì)設(shè)計(jì)有調(diào)零電路。一般有兩種調(diào)整方式，(a)使用 可調(diào)電位器;(b)使用跳線開(kāi)關(guān)。維修時(shí)直接調(diào)整電 位器或進(jìn)行跳線就可以了。

還有部分電子秤沒(méi)有調(diào)零電路，此時(shí)需要采用 電阻補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)整。基本原理是將傳感器內(nèi) 部的電橋不平衡量用電阻在外部電路上進(jìn)行補(bǔ)償， 使其信號(hào)輸出端電壓恢復(fù)到正常范圍。

某型號(hào)電子秤超載故障的檢修實(shí)例:電子秤開(kāi) 機(jī)顯示測(cè)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(yùn)算放大器放大后的零位輸出電壓應(yīng) 該在電源電壓的二分之一以下，因此零位電壓應(yīng)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(bǔ)償?shù)脑恚陔娐飞蠈?/span> 輸出電壓補(bǔ)償?shù)秸ｋ妷骸＞唧w做法是在第一級(jí)運(yùn) 算放大器的同相端對(duì)地接1個(gè)補(bǔ)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(bǔ)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(fù)正 常工作。

(3)機(jī)械加力方式。在維修工作中，部分傳感器 還可以通過(guò)機(jī)械加力的方法進(jìn)行調(diào)整，即反方向超 載加力，使彈性體恢復(fù)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(fù)荷的2~3倍(由于傳感器 的極限負(fù)荷一般是額定負(fù)荷的2~3倍，因此最好不 要超過(guò)此值),加力過(guò)程要平穩(wěn)，而且應(yīng)該分多次加 力，并逐步加大力值，每次加力后要重新開(kāi)機(jī)檢査 傳感器的狀態(tài)是否已經(jīng)恢復(fù)，避免反向超載損壞。 實(shí)踐證明，通過(guò)機(jī)械加力方式，損壞輕微的傳感器 可以恢復(fù)正常,而且非線性誤差變化不大，經(jīng)過(guò)重 新標(biāo)定,可以繼續(xù)正常使用。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)了解電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)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。