IoT产品设计：称重传感器选型指南

Posted 2023-01-12 产品人卫朋

最近做产品用到了称重传感器，由于之前从未接触过这方面的内容，根据最近的实际使用，做一下初步的总结。

这次选用的是单点式称重传感器，该类型是称重传感器的主要类型之一，在中小型平台规模的应用程序中非常常见。

当传感器放在相对较大的平台上的任何区域进行称量时，其准确的称量能力非常出色。

仅使用一个称重传感器而不是四个称重传感器的能力使单点称重传感器成为数十种应用的非常经济的解决方案。

包括但不限于：秤，平台秤，料斗和容器称重，零件计数，包装秤，自动检重秤，OEM产品，零售秤，输送机秤，生产过程，低成本应用和医疗秤。

称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号的装置。

主要有S型、悬臂型、轮辐式、板环式、膜盒式、桥式、柱筒式等几种样式。

称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类。

选型要素

主要包括四个方面：

• 传感器的灵敏度；
• 传感器的精度；
• 传感器的稳定性；
• 传感器的数量和量程。

1、灵敏度

灵敏度越高越好，只有灵敏度高了，在进行测量物体的重量时才可以获得更准确的数据。

但是，灵敏度越高外界对称重传感器的影响就越大，外界的噪音会干扰传感器的判断。

2、精度

称重传感器对于精度的要求非常高，这是称重系统中非常重要的环节，称重传感器的精度越高，其价格也就越高。

对于精度的要求只要达到符合称重系统的仪表输出要求水平略高即可，不用选的太高，以避免不必要的花销。

3、稳定性

稳定性是传感器长时间使用后还能继续正常工作，稳定性高的传感器的使用寿命越长。

影响传感器的稳定性因素，除了称重传感器的质量，还有称重传感器的工作环境，一款好的称重传感器环境对其影响较小。

在选购称重传感器时，注意看一下其适用的环境，根据具体环境进行选择称重传感器，选择正确的称重传感器能减少环境对称重传感器的影响，并有利于延长称重传感器的使用寿命。

比如在易燃易爆的环境中，就需要选用带有防爆功能的称重传感器。

4、传感器的数量和量程

不同用途的传感器的数量和量程不同，具体的数量和量程的选择应根据实际测量的物体的重量和类型来定。

一般实际称量物体的重量应在70%以下，对称重传感器的损耗会更小，有利于延长其使用寿命。

注意事项：

• 注意下称重传感器的安装要求，有些场合只适合某种特定的称重传感器。
• 注意称重传感器的使用环境条件，比如需要密封、防爆等。
• 注意称重传感器的精度等级，精度等级一般由弹性体结构决定，看下处理过程中是否有线性补偿。
• 注意称重传感器的量程范围，估算下被测物体的最大重量，一般选择的量程是被测体最大重量的2到2.5倍，可以获得更加准确的测量数据。
• 注意称重传感器在使用过程中所受温度影响的特性和蠕变特性。 

误差范围

1、称量的最大允许误差是多少?

m为商品重量。

最大秤量为3kg的电子秤（分度值e=1g）

• 20g ＜ m ≤0.5kg 其最大允许误差0.5g
• o.5kg＜ m ≤2kg 其最大允许误差1g
• m＞2kg 其最大允许误差1.5g

最大秤量为6kg的电子秤（分度值e=2g）

• 40g＜ m ≤1kg 其最大允许误差1g
• 1kg＜ m ≤4kg 其最大允许误差2g
• m＞4kg 其最大允许误差3g

最大秤量为15kg的电子秤（分度值e=5g）

• 0.1kg ＜ m ≤2.5kg其最大允许误差2.5g
• 2.5kg ＜ m ≤10kg 其最大允许误差5g
• m＞10kg 其最大允许误差7.5g

最大秤量为30kg的电子秤（分度值e=10g）

• 0.2kg＜ m ≤5kg 其最大允许误差5g
• 5kg＜ m ≤20kg 其最大允许误差10g
• m＞20kg 其最大允许误差15g

2、电子秤允许误差是多少?

一台优质的衡器应当在保证准确度的情况下精度也很高，这就是“精准度”。

衡器的准确度等级：特种准确度I级；高准确度II级；中准确度III级；普通准确度IIIIJ级。

电子衡器大多属于中准确度III级。

检定标准：一定质量的标准砝码放在秤台上，电子秤的显示质量值与砝码质量值的误差。

准确度III级衡器的准确度检测项目和允差标准：

• 最小秤量（Min）砝码=（Min）0
• 500e砝码=500e0.5e
• 2000e砝码=2000e1.0e
• 最大秤量（Max）砝码=（Max）1.5
• 符合上述允差标准的衡器才是准确度合格的产品。

3、求电子秤允许误差计算方法

电子秤的误差用检定分度值e表示,电子秤属于三级衡器III.最小称量是20e。

新电子秤的允许误差：

• 必须使用标准砝码进行检测；
• 0-最小称量误差为0；
• 1/3最大称量的允许误差为1e；
• 最大称量的允许误差为2e，使用中的电子秤的允许误差是新的2倍。

举例：

最大称量150公斤， 分度值50克：

• 0-最小称量[1000克]为0误差；
• 1/3最大称量[50公斤]的允许误差为50克；
• 最大称量[150公斤]的允许误差为100克。
• 经过以上检测误差合格的电子秤，在计量性能方面是基本合格。

当然，还有许多检测项目，比如，零点稳定性；最小鉴别力；偏载误差；去皮特性；过载特性，抗电磁能力；产品标识等。

4、电子秤内校允许误差

最大称量/2000=允许误差

5、1Kg电子秤的最大允许误差

常见的电子秤使用的是C3传感器，最大量程为1kg的电子秤，检定分度值e=50g，也就是说，最大允差为正负50g。

6、电子秤称量的最大允许误差

3kg电子秤称量的最大允许误差在+0.5g~+5g，-0.5g~5g之间。

最大允许误差随称重物品重量增加而增加。

误差原因

在使用称重传感器时必须考虑所处的工作环境，这对正确选用称重传感器非常重要，它关系到传感器能否正常工作，以及传感器的安全和使用寿命。

称重传感器在使用时产生误差的原因：

1、特性误差

由设备本身引起的误差，主要包括DC漂移值、斜面的不正确或斜面的非线形。

设备理想的转移功能特性和真实特性之间存在一定差距，就会存在特性误差。

2、称重传感器应用误差

由操作而产生的误差，主要包括探针放置错误、探针与测量地点之间不正确的绝缘、空气或其他气体的净化过程中的错误、变送器的错误放置等多种操作错误引起的误差。

3、动态误差

适用于静态条件的传感器具有较强的阻尼，对输入参数的改变响应较慢，甚至需要数秒才能响应温度的阶跃改变。

一些具有延迟特性的称重传感器，在对快速改变响应时产生动态误差。响应时间、振幅失真和相位失真，都可能导致动态误差。

4、插入误差

插入误差是由于在系统中插入一个传感器时，改变了测量参数而产生的误差。

使用一个对系统过于大的变送器、系统的动态特性过于迟缓、系统中自加热加载过多的热能等，均可能引起插入误差。

5、环境误差

称重传感器在使用时会受温度、摆动、震动、海拔、化学物质挥发等环境影响，这些因素均会引发环境误差。