多頭秤的基本原理和常見問題
作者：Smartweigh多頭配重器
提到多頭秤，很多人認為它只是一個能精確測量物體淨重的感測器。其實不然，它在許多行業中仍然得到應用。多頭秤與前面詳細介紹的液位感測器有著相同的基本原理，但外觀卻截然不同。隨著現代科技的進步，多頭秤在工業生產和應用上已十分普及。接下來，我將詳細介紹多頭秤的原理及其在我國皮卡上的應用。
多頭秤的定義：多頭秤是一種將質量資料訊號轉換為可精確測量的電子訊號輸出的設備。在多頭秤的基本要素和關鍵性能指標的評估方法方面，新舊國家標準存在質的差異。主要類型有S型、懸臂型、輻條型、板環型、波紋管型、橋式、圓盤型等。
多頭秤的原理主要有兩種基本結構：直線型和轉盤型（圓盤型）。直線型多頭秤由可相對移動的滑動尺和固定尺組成，而轉盤型多頭秤則由馬達轉子和馬達定子組成。這兩種稱重感測器同步器採用相同的加工製程製造。多頭秤首先使用絕緣層密封劑將導電銅（厚度為0.04~0.05mm）粘貼在非磁性導電材料（例如高碳鋼或夾層玻璃）製成的底板上，然後根據設計圖，採用光刻技術或化學蝕刻工藝將銅蝕刻成不同粗糙度的平面繞組，這些板組通常被稱為印刷繞板組。
定長秤和滑尺的馬達轉子繞組和定子繞組並不相同。定長秤轉子繞組為連續繞組，而滑尺和定子繞組為分段繞組。繞組依分段分為兩組，在室內空間中，兩組繞組之間以7°的左相位角分隔。這種多頭秤的原理也稱為正弦餘弦繞組。
感應同步器的連續繞組和分段繞組分別相當於變壓器的初級繞組和次級繞組，其工作原理基於交變磁場和互感。多頭秤依換算規則可分為八類：1. 電阻應變式多頭秤。電阻應變式多頭秤是一種應用廣泛的多頭秤，其基本原理是電阻應變片的電阻值隨負載變化而變化。其主要部件包括彈性元件、電阻應變片、精確測量電源電路和傳輸電纜。
2. 油壓感知器結構簡單堅固，偵測範圍大，但精度一般不超過1/100。3. 電容式感測器利用功率電容器諧振電路的振盪頻率f和極片間距d的正比關係進行工作。電容式感測器耗電量低，工程成本低，精度可達1/200至1/500。
4. 數位顯示資料多頭秤是一種力電轉換裝置，可以將施加的力轉換為電訊號，集多種感測器於一體。數據多頭秤及數據測量驗證儀錶板的技術發展趨勢已逐漸成為稱重技術領域的新寵。它以調節簡便、效率高、現場作業能力強等優點在業界脫穎而出。 5. 板環式多頭秤的結構具有以下優點：接地應力分佈均勻、輸出靈敏度高、整體採用聚氨酯彈性體、結構簡單、承載能力穩定、易於生產加工。
現階段，這種結構在感測器生產中仍佔較大比例，且此類結構感測器的設計公式計算尚不完善。 6. 振動彈性元件受力後，其原始振動頻率與作用力的平方根呈正相關。透過測量共振頻率的偏移，可以計算被測物體作用在彈性元件上的力，從而評估其性能。
振動感測器有兩種類型：振弦式和音叉式。 7. 手機陀螺儀 手機陀螺儀感應器響應速度快（5秒），無反向條件，溫度特性好（3ppm），振動危害小，頻率測量準確，精度高，因此可以獲得高分辨率和高測量精度。 8. 光學型包括光柵尺寸和碼盤型。
光學感測器主要應用於機電工程熔秤。多頭秤並不完全適用，存在一些無法避免的缺陷。 1. 頻率特性：離散系統 電容式感測器多頭秤的頻率特性屬於離散系統。雖然採用差分訊號類型有所改善，但難以完全消除。
其他類型的電容式感測器只有在忽略靜電場邊緣效應時才具有線性頻率特性。否則，邊緣效應引起的額外電容會立即疊加到電感器的功率電容上，使系統的頻率特性變成離散的。 2. 寄生電容會損害大電容感測器多頭秤的原始容量，其中連接感測器和電子電路的導線電容、電子電路的雜散電容以及由感測器內板和周圍導體組成的電容都屬於寄生電容。大量電容的不足不僅會降低電感器的靈敏度，而且電容值經常被隨意更改，這將導致儀器設備在運行過程中非常不穩定，並危及測量精度。
3. 輸出阻抗高，負載能力差。電容式感測器多頭秤的體積受其電氣平台幾何規格的限制，難以做得很大。因此，電容式感測器多頭秤的輸出阻抗較高，負載能力較差，容易受到外部因素影響而導致工作不穩定，在極端情況下甚至無法運作。多頭秤製成的稱重設備已廣泛應用於各個領域，用於快速、準確地稱量原材料。尤其隨著微處理器的出現，以及工業生產全製程自動化技術水準的不斷提高，多頭秤已成為製程管理中不可或缺的設備。從以往無法稱量的大型和中型儲罐、筒倉的重量測量，到吊秤、車秤等稱量操作，再到各種原材料的自動配料系統、生產過程中的自動識別以及粉料進料量的控制，都離不開多頭秤。目前，多頭秤已基本應用於所有稱重行業。
1. 特性偏差的原因在於機器本身，包括直流漂移值、斜率誤差或斜率非線性等。最終，理想化的遷移特性與機器的實際特性之間會有所不同。 2. 多頭秤的偏差原因在於實際操作不當，包括探頭放置不當、探頭與精確測量位置之間的絕緣層錯誤、氣體或其他氣體的潔淨度問題、工藝流程錯誤、智慧變送器放置不當等。實際操作不當會導致多種原因造成偏差。
3. 動態性能偏差的原因 採用靜態資料標準的感測器具有較強的振動阻尼，因此對關鍵參數變化的響應速度相對較慢，甚至對溫度的階躍變化也需要幾秒鐘才能響應。一些具有延遲時間特性的稱重設備在快速變化時也會出現動態偏差。響應速度、振幅下降和相位差下降都是造成動態效能偏差的原因。
4. 插入偏差的原因是，當感測器插入系統軟體時，精確測量的主要參數會發生變化，從而導致偏差。例如，將系統應用於過大的智慧變送器、系統軟體動態反應過慢、系統軟體自發熱導致能量負載過大等，都會導致插入偏差。 5. 自然環境下的偏差原因 多頭秤的應用也會受到溫度、搖晃、振動、海拔、化合物蒸發等環境因素的影響。這些因素在自然環境下容易導致偏差。
電阻應變式多頭秤是應用最廣泛的多頭秤之一，其耐用性、可靠性和精度毋庸置疑。但使用多頭秤也存在一些不便之處，例如：1. 注意避免在高溫、煙霧、潮濕、寒冷等自然環境中使用，以及在高腐蝕性環境和磁場環境中使用，這些都會對多頭秤造成嚴重損壞。因此，在自然環境中使用多頭秤時，應注意避免在無塵環境中使用，或選擇在潔淨環境下使用的相應型號。 2. 避免超載，即使多頭秤具有一定的負載能力，也應避免因超載而造成損壞。
3. 電源電路與顯示訊息電源電路的連接，或從電源電路引出的電源線應使用屏蔽雙絞線。感測器輸出資料訊號讀取電源電路不能與某些可能影響高熱量食品的機器或裝置連接在一起。 4. 避免感應器沾染灰塵。感測器沾染灰塵可能會影響其運動和精度。您可以在多頭秤周圍設置“隔離器”，或用薄金屬片覆蓋感測器。
5. 應用電氣設備旁路 為了更好地防止電弧焊接電流或雷擊造成的損壞，電感器應使用鉸接式銅芯線（截面積約50mm²）產生電氣設備旁路，並防止明顯的熱傳遞。 6. 安裝水平儀 為了更好地確保稱重精度，透過水平儀調節水平，解決單一感測器安裝底座的安裝方案。為了更好地使每個感測器承受的負載基本相同，應盡可能將多個感測器的安裝底座的安裝面調整到水平面上。
7. 小心搬運多頭秤。避免任何衝擊、跌落等情況，務必輕拿輕放。此外，安裝感測器的底座應平整、清潔，並具有足夠的抗壓強度和剛度，且無油漬、膠帶等殘留物。 8. 為避免側向力的影響，感測器上可選用於具有自動精確定位或校準功能的結構件，例如滾珠軸承、關節軸承和精密定位緊固器。
9. 電源插頭和控制線應以50 rpm/m的轉速絞在一起。如果必須加長感知器電源線，則應使用特殊的密封電纜端子。如果通訊電纜較長，則應考慮選擇具有無線中繼放大器的電纜，以補償供電電路。 10. 保護接地感知器的通訊電纜不能與弱電流電源插頭或控制線並聯。
摘要：本文將詳細介紹多頭秤。我堅信，隨著科技的發展，多頭秤憑藉著其特點和優勢，將在眾多產業中廣泛應用，為大家的日常生活帶來便利。
作者：Smartweigh多頭配重器製造商
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