兰州理工大学技术工程学院
传感器与自动检测技术
结课论文
题目：称重传感器在电梯中的应用
学号：11230319
姓名：李永健 班级：电力传动一班
传感器与检测技术结课论文
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摘要：传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。它的主要特征是能准确地传递和检测出某一形态的信息,并将它转换成另一形态的信息。随着科学技术的迅猛发展,其越来越广泛的应用于科学技术的各个领域。传感器是一种检测装置,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,将检测感受到的信息,并按照一定的规律转换成可用输出信号,来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。在机电一体化的系统中,传感器处系统之首,是机电一体化系统达到高水平的有效保证。随着人类探知领域的不断深入,各种信息的传递速度将越来越快, 处理信息的能力也将越来越强,因此,就要求相对应的信息采集传感技术也要跟上发展的步伐,这也就决定了传感器将越来越被广泛运用、无处不在，同时，传感器也与我们的生活息息相关。
关键词：称重传感器
电梯
应用 一.引言
通过学习和查阅，我发现传感器在现代生产中有着非常普遍的应用，在实际生产过程中传感器配合电脑中控系统可以实时的检测生产中的每一个指标，以便能够实时的做出相应的调整，保证了生产过程中的安全、高效。据初步调查统计，目前在众多大中型商场、酒店、学校、娱乐场所等客流量大的地方都使用了智能电梯。它的普及无疑给人们的生活传感器与检测技术结课论文
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带来了极大的便利，节省了很多宝贵的时间，可以说，现代智能电梯技术已经相当成熟。但是，据观察发现，电梯在运行效率方面还存在着一些问题，于是提出了改进现代智能电梯的设想。此篇主要讨论称重传感器在电梯中的作用，以及电梯中各个部位传感器类型及其功用。
二.传感器的选择要求
2.1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2．
2、灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信传感器与检测技术结课论文
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号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
2.3、频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。
2.4、稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器与检测技术结课论文
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传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
2.5、线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
2.6、精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对传感器与检测技术结课论文
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某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
三.称重传感器
3.1称重传感器简介
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
称重传感器
一、电阻应变片
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电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）
1--1 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（1--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2
1--2 用式（1--1）去除式（1--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S
1--3 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r
1--4 从材料力学我们知道
Δr/r = -μΔL/L
1--5 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（1--4）（1--5）代入（1--3），有: 传感器与检测技术结课论文
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ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）
1--7 式（1--6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（1--6）常写作： ΔR/R = Kε
(1--8)
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。以称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
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肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3）
2--9 其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是―局部‖情况，而应变片实际感受的是―平均‖状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
3.2称重传感器工作原理
负荷传感器是称重传感器、测力传感器的统称，用单项参数评价它的计量特性。
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电阻应变式称重传感器主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。电阻应变式称重传感器的称量范围为几十克至数百吨，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器都使用这种传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体弹性元件，敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片转换元件也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化增大或减小，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号电压或电流，从而完成了将外力变换为电信号的过程。在测量过程中，重量加载到称重传感器的弹性体上会引起塑性变形。电阻应变式称重传感器的工作过程应变正向和负向通过安装在弹性体上的应变片转换为电子信号。最简单的弯曲梁称重传感器只有一个应变片。通常，弹性体和应变片通过多种方式来结合，类似外壳密封部件等来保护应变片。
称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。称重传感器的量程根据你的用途，称重传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选传感器与检测技术结课论文
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用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。其次称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。
四.称重传感器在电梯中的功用
智能电梯为在楼宇中的作用是非常大的，为人们的生活提供了很大的便利。智能电梯中应用的传感器是非常多的，比如称重传感器，光电传感器等。以下主要说明一下称重传感器在智能电梯中的作用，智能电梯中安装了称重传感器装置更加保证了电梯的安全运行。
电梯上一般应用称重传感器为桥式称重传感器和轮辐传感器与检测技术结课论文
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式称重传感器，它们应用的特点主要区分在安装方式上。而他们的工作原理都是一样，由称重传感器将重量转换成电信号经传输电缆与控制仪连接，经控制仪求和放大器、A/D 转换器、单片机运算，实现电子称重。当轿厢内的重量达到或超过设定值的95%、102%时，控制仪内满载、超载继电器分别动作，与电梯控制系统连接，使电梯安全、可靠的运行。
控制仪正常工作后，每月应观察仪器是否工作正常：观察控制仪数码管显示是否随载荷变化而变化，每隔三个月(90天)控制仪按照以下步骤需要做一次检查保养。首先就是必须检查称重传感器安装螺栓是否有松动，将称重传感器安装螺栓紧固。
2、检查控制仪超载功能：方法一：将电梯停靠底层，将控制仪侧称重传感器连接线拔下，控制仪作一次清零操作，然后将称重传感器与控制仪连接好，应显示超载以上，如果显示低于超载值，加入适当的重量，使控制仪显示超载以上，此时检查是否输出超载信号。方法二：将电梯停靠底层，控制仪断电，检查电梯是否接收到超载信号。以上两种方法只要有一种方法检查出超载信号正常即可。
3、以上两个步骤检查正常之后，需要将电梯停到底层，作一次清零操作。
4、将电梯放入一定的载荷检查控制仪显示是否在正常范围之内，例如800公斤的电梯，放入100公斤重物，因摩擦因素，控制仪数码管应显示在8%～14%之间，证明控制仪正常。如不在此范围内，应按照说明书调试步骤传感器与检测技术结课论文
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进行修正。不难看出智能电梯的称重传感器是相当的重要，称重传感器的性能决定了电梯的性能以及安全。
智能电梯为在楼宇中的作用是非常大的，为人们的生活提供了很大的便利。智能电梯中应用的传感器是非常多的，比如称重传感器，光电传感器等。大家对于传感器在智能电梯中发挥着什么作用都了解过吗？今天小编就来为大家主要说明一下称重传感器在智能电梯中的作用，智能电梯中安装了称重传感器装置更加保证了电梯的安全运行。
电梯上一般应用称重传感器为桥式称重传感器和轮辐式称重传感器，它们应用的特点主要区分在安装方式上。而他们的工作原理都是一样，由称重传感器将重量转换成电信号经传输电缆与控制仪连接，经控制仪求和放大器、A/D 转换器、单片机运算，实现电子称重。当轿厢内的重量达到或超过设定值的95%、102%时，控制仪内满载、超载继电器分别动作，与电梯控制系统连接，使电梯安全、可靠的运行。
控制仪正常工作后，每月应观察仪器是否工作正常：观察控制仪数码管显示是否随载荷变化而变化，每隔三个月(90天)控制仪按照以下步骤需要做一次检查保养。首先就是必须检查称重传感器安装螺栓是否有松动，将称重传感器安装螺栓紧固。
2、检查控制仪超载功能：方法一：将电梯停靠底层，将控制仪侧称重传感器连接线拔下，控制仪作一次清零操作，然后将称重传感器与控制仪连接好，应显示超载传感器与检测技术结课论文
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以上，如果显示低于超载值，加入适当的重量，使控制仪显示超载以上，此时检查是否输出超载信号。方法二：将电梯停靠底层，控制仪断电，检查电梯是否接收到超载信号。以上两种方法只要有一种方法检查出超载信号正常即可。
3、以上两个步骤检查正常之后，需要将电梯停到底层，作一次清零操作。
4、将电梯放入一定的载荷检查控制仪显示是否在正常范围之内，例如800公斤的电梯，放入100公斤重物，因摩擦因素，控制仪数码管应显示在8%～14%之间，证明控制仪正常。如不在此范围内，应按照说明书调试步骤进行修正。不难看出智能电梯的称重传感器是相当的重要，称重传感器的性能决定了电梯的性能以及安全。
五.总结
随社会的快速发展，自动化应用技术距离我们的生活也越来越近，这也离不开传感器技术发展，这些技术的发展就需要我们这一代进行进一步的高端化研究，这样我们的生活才会更加的方便,因此，做为一名当代大学生，我们更应该好好学习，为社会发展贡献我们的力量，为实现“中国梦”而不懈奋斗！
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