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四線制稱重傳感器：「電氣知識」稱重傳感器是什么？如何與PLC連接？怎樣使用才能最精確？

「來源:  ｜機械工程師 ID：MechanicalEngineers」
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重量是生活中一個重要的單位，那么在工業上它更是非常重要。生產環節中加了多少公斤的原料？產生了多少公斤的廢品等等等等......這些數據都是支撐著整個工廠良好運行的必要元素。
那么在工業上如何計算重量呢？我們需要使用稱重傳感器！
稱重傳感器的原理是在被測物體上的重力按一定比例轉換成可計量的輸出信號。
西門子稱重傳感器的測量采用應變式原理，應變片被固定在彈性體上。外力的作用導致彈性體產生形變，在彈性體上的應變片隨之產生形變。由于應變片外部形狀的變化，其電阻值也會相應發生變化。左上角和右下角應變片被壓縮，電阻薄膜變短，阻值變小。右上角和左下角應變片被拉伸，電阻薄膜變長，阻值變大。對于每只稱重傳感器，至少4個應變片被連接在一起組成一個惠斯通電橋。當傳感器受力導致應變片電阻發生變化時，電橋不平衡。 在激勵電壓不變的情況下，輸出信號的大小與傳感器受力成正比。
稱重傳感器一般可以連接PLC或者二次表進行示數。
常見的工業傳感器分為四線制和六線制；
對于四線制傳感器，只有下圖黑色所示的四個電纜，其中EXC+和EXC-是稱重模塊給傳感器的激勵，SIG+和SIG-為稱重傳感器的輸出；對于六線制傳感器，會多出兩根紅色的線，SENSE+和SENSE-它們的作用是什么呢？這兩根線是做補償用的，當傳感器和稱重模塊的距離較遠時，這兩根線會進行補償，進而使得測量結果更精確一些。
在實際現場的使用中，因為工況比較復雜，使得稱重傳感器和稱重模塊之間的距離較遠，稱重模塊給傳感器的供電電壓假設為6V，那么由于線路的損耗，該激勵信號到達稱重傳感器時小于6V，在同樣受力情況下，傳感器的輸出信號與供電電壓成正比，所以稱重模塊通過一個高阻抗回路將傳感器側實際的供電電壓反饋給稱重模塊，稱重模塊通過內部的比較器對輸出的供電電壓進行調節。 稱重模塊可以連接四線制和六線制傳感器都可以。 如果連接四線制傳感器，需要在接線盒或者稱重模塊側將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接。
對于工廠中使用PLC連接稱重傳感器，我們通常有兩種方式去實現；
一、使用稱重傳感器加二次表加PLC的模擬量輸入，為什么需要加二次表呢？因為傳感器是由物體重量壓彎而產生一個mv級電壓信號，PLC無法直接讀取，所以需要二次表進行轉換，一說到轉換大家都知道一定會有損耗，這個損耗其實不是很大，但是對于精確測量就會產生很大影響，我以前曾經做過10g精度的設備，這個損耗就是結果影響就很大了，所以這一方法的有點是便宜，對于PLC系統沒有太大的要求，因為世面上98%的PLC都帶模擬量輸入功能。但缺點是無法應用在精度要求較高的情況下。
二、最精確的方法，也是最昂貴的方法，使用稱重傳感器加PLC稱重模塊進行測量
這種方式是最精確的，因為PLC連接自己的模塊是沒有損耗的，而且這種方式的讀取速度也是非常快的，可以應用在各種復雜的場合中。
那么它的缺點是對于PLC系統有著很大要求，首先PLC需要使用帶稱重模塊的，而一般稱重模塊的價格都比較高，而且使用一個新的稱重系統以前需要對它進行校準，一旦稱重傳感器損壞了更換的話，也需要重新校準，而西門子的各個系列的稱重模塊的校準都不是很簡單，需要一定的經驗和技術，這個以后我們還會講解的；所以這一技術不適合新手。
那么作為精確測量的單元，它的使用方法也必須注意，否則很有可能導致測量不準甚至損壞。
一、安裝時需要非常注意，否則容易損壞傳感器
稱重傳感器的彈性體的制作材料主要還是合金的鋁材，所以出現任何一點震動導致的沖擊或者是發生掉落的情況都會導致出現非常大的數據輸出誤差。比如一個量程為10kg的傳感器，如果不小心給了它15kg左右的力，就有可能永久損壞它，因此，安裝稱重傳感器一定要做到輕拿輕放。
二、安裝時嚴格按照它的設計要求
根據設備的工藝，或者水平安裝或豎直安裝，但傳感器的稱重部分一定要與被測物體嚴密吻合，切稱重部分和被測物體不能接觸器其他著力點，否則會導致測量不準。
三、有時需要使用三個甚至多個傳感器共同測量同一物體，這些傳感器與稱重裝置的接觸面必須水平，否則受力不均，影響測量結果，雖然輕微的水平面傾斜可以通過接線盒里的電阻調節，但調節能力有限，而且也不利于效稱，所以安裝時盡量保持水平。
其他注意事項：
一、接線盒；在使用多個稱重傳感器時，接線盒是一個必要的工具，它可以將多組稱重數據統一到一起，減少稱重模塊的工作量。
但是在使用過程中，它也是很容易出問題的。
首先要注意防塵放水防靜電，其次在使用中要注意每一個端子的含義，切忌接錯線。
二、電纜的連接和屏蔽
傳感器的信號最終還是通過電纜進行傳輸，而且對于如此高精度的信號，有一點干擾都會導致數據的不穩定。
因此連接時需要嚴格按照上圖進行施工。
三、編程的注意事項，濾波是否可以使用？
在實際的工業現場會存在很多干擾，那么很多人都習慣使用程序手段進行濾波，但是對于稱重也是可以使用的，但是需要注意的是；濾波會產生信號的滯后性，如果只是單純的觀察和測量則沒有問題，但如果是計算或者是使用測量結果進行控制那么就會導致稱重結果不準確，這里大家需要注意。
好吧，今天和大家講一講稱重，以后會繼續拓展講一講西門子不同系列的PLC連接稱重傳感器以及校稱和編程，想學習PLC和自動化知識的朋友請不要錯過了。
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四線制稱重傳感器：六線制和四線制稱重傳感器的接線方法

1.稱重傳感器如何接線
首先確定顯示器上傳感器器接口的電源正、電源負、反饋正、反饋負、信號正、信號負，如果是6線制傳器，測出傳感器電阻小的兩組線分別是電源正、反饋正；電源負、反饋負，接到顯示器后對傳感器加載，測量另外兩根線的電壓值(毫伏)正接顯示器信號正，負接顯示器信號負；如果是四線值，需要將顯示器的電源正與反饋正短接、電源負與反饋負短接，用萬用表測量傳感器四根線，其中電阻值大的兩根是電源，另外兩根是信號；
根據傳感器的產地，可以用引線的色判斷，我們一般是紅為電源正，黑為電源負，黃為信號正，白為信號負。
稱重傳感器可以采用兩種不同的輸入、輸出接線方法：一種是四線制接法，另一種是六線制接法。
四線制接法的稱重傳感器對二次儀表無特殊要求，使用起來比較方便，但當電纜線較長時，容易受環境溫度波動等因素的影響。

2.稱重傳感器四線制接線圖

四線制接法的稱重傳感器對二次儀表無特殊要求，使用起來比較方便，但當電纜線較長時，容易受環境溫度波動等因素的影響。
3.稱重傳感器六線接線圖

六線制接法的稱重傳感器要求與之配套使用的二次儀表具備反饋輸入接口，使用范圍有一定的局限性，但不容易受環境溫度波動等因素的影響，在精密測量及長距離測量時具有一定的優勢。
在稱重設備中，四線的傳感器用的比較多，如果要將六線傳感器接到四線傳感器的設備上時，可以把反饋正和激勵正接到一起，反饋負和激勵負，接到一起。信號線要注意一點就是，紅色和白色在兩種類型的傳感器上對應的輸出信號是不一樣的。

四線制稱重傳感器：深度探索：稱重傳感器的靈敏度

稱重傳感器的輸入、輸出接線方法有兩種：
一種是四線制接線法
優：稱重傳感器對儀表無特殊要求，使用方便。
缺：當電纜線較長時，容易受環境溫度波動等因素影響。
四線制接線法
四線制稱重傳感器共有5根線：一組電源線、一組信號線，還有一根屏蔽線。
EXC+：正激勵（紅線）
EXC-：負激勵（黑線）
Single+：正信號（綠線）
Single-：負信號（白線）
以麗景稱重傳感器為例：地線為透明色線
稱重傳感器接線圖
另一種是六線制接線法
優：不易受環境溫度波動等因素影響，在精密測量及長距離測量時有一定優勢。
缺：要求與之配套使用的二次儀表具備反饋輸入接口，使用范圍有一定的局限性。
六線制接線法
六線制稱重傳感器共有7根線：一組電壓線，一組信號線，還有一組反饋線和屏蔽線。
激勵和信號線及屏蔽線的顏色和四線制時一樣的，反饋線的顏色分別為藍色和黃色。
以稱重設備需要接入四個稱重傳感器為例，需用到接線盒，再將模擬信號集中傳輸到儀表中輸出。
下圖就是傳感器接入到接線盒時的接線方法
傳感器接入集線盒中
稱重顯示儀表
單個稱重傳感器接線方法
傳感器接線方法
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四線制稱重傳感器：稱重傳感器四線制與六線制傳感器與稱重模塊的連接

稱重傳感器的測量采用應變式原理，應變片被固定在彈性體上。外力的作用導致彈性體產生形變，在彈性體上的應變片隨之產生形變。由于應變片外部形狀的變化，其電阻值也會相應發生變化。左上角和右下角應變片被壓縮，電阻薄膜變短，阻值變小。右上角和左下角應變片被拉伸，電阻薄膜變長，阻值變大。對于每只稱重傳感器，至少4個應變片被連接在一起組成一個惠斯通電橋。當傳感器受力導致應變片電阻發生變化時，電橋不平衡。 在激勵電壓不變的情況下，輸出信號的大小與傳感器受力成正比。
對于四線制傳感器，只有下圖黑色所示的四個電纜，其中EXC+和EXC-是稱重模塊給傳感器的激勵，SIG+和SIG-為稱重傳感器的輸出；對于六線制傳感器，會多出兩根紅色的線，SENSE+和SENSE-它們的作用是什么呢？
一般稱重傳感器和稱重模塊之間的距離比較遠，稱重模塊給傳感器的供電電壓假設為10V，那么由于線路的損耗，該激勵信號到達稱重傳感器時小于10V，在同樣受力情況下，傳感器的輸出信號與供電電壓成正比，所以稱重模塊通過一個高阻抗回路將傳感器側實際的供電電壓反饋給稱重模塊，稱重模塊通過內部的比較器對輸出的供電電壓進行調節。 稱重模塊可以連接四線制和六線制傳感器都可以。 如果連接四線制傳感器，需要在接線盒或者稱重模塊側將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接。
如果稱重模塊與傳感器距離很遠，比如100-200米，而且傳感器是四線制傳感器，那么建議用戶在接線盒上將傳感器的SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接，這樣從接線盒出來后傳感器就變成了六線制了，通過專用的傳感器連接電纜，連接至稱重模塊即可，如下圖所示。
如果稱重模塊和傳感器距離很近，比如幾米，那么只需在稱重模塊上將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接即可。
注：部分資料轉自西門子。