四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器：「電氣知識(shí)」稱(chēng)重傳感器是什么？如何與PLC連接？怎樣使用才能最精確？
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重量是生活中一個(gè)重要的單位，那么在工業(yè)上它更是非常重要。生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加了多少公斤的原料？產(chǎn)生了多少公斤的廢品等等等等......這些數(shù)據(jù)都是支撐著整個(gè)工廠良好運(yùn)行的必要元素。
那么在工業(yè)上如何計(jì)算重量呢？我們需要使用稱(chēng)重傳感器！
稱(chēng)重傳感器的原理是在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)。
西門(mén)子稱(chēng)重傳感器的測(cè)量采用應(yīng)變式原理，應(yīng)變片被固定在彈性體上。外力的作用導(dǎo)致彈性體產(chǎn)生形變，在彈性體上的應(yīng)變片隨之產(chǎn)生形變。由于應(yīng)變片外部形狀的變化，其電阻值也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。左上角和右下角應(yīng)變片被壓縮，電阻薄膜變短，阻值變小。右上角和左下角應(yīng)變片被拉伸，電阻薄膜變長(zhǎng)，阻值變大。對(duì)于每只稱(chēng)重傳感器，至少4個(gè)應(yīng)變片被連接在一起組成一個(gè)惠斯通電橋。當(dāng)傳感器受力導(dǎo)致應(yīng)變片電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋不平衡。 在激勵(lì)電壓不變的情況下，輸出信號(hào)的大小與傳感器受力成正比。
稱(chēng)重傳感器一般可以連接PLC或者二次表進(jìn)行示數(shù)。
常見(jiàn)的工業(yè)傳感器分為四線(xiàn)制和六線(xiàn)制；
對(duì)于四線(xiàn)制傳感器，只有下圖黑色所示的四個(gè)電纜，其中EXC+和EXC-是稱(chēng)重模塊給傳感器的激勵(lì)，SIG+和SIG-為稱(chēng)重傳感器的輸出；對(duì)于六線(xiàn)制傳感器，會(huì)多出兩根紅色的線(xiàn)，SENSE+和SENSE-它們的作用是什么呢？這兩根線(xiàn)是做補(bǔ)償用的，當(dāng)傳感器和稱(chēng)重模塊的距離較遠(yuǎn)時(shí)，這兩根線(xiàn)會(huì)進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而使得測(cè)量結(jié)果更精確一些。
在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的使用中，因?yàn)楣r比較復(fù)雜，使得稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重模塊之間的距離較遠(yuǎn)，稱(chēng)重模塊給傳感器的供電電壓假設(shè)為6V，那么由于線(xiàn)路的損耗，該激勵(lì)信號(hào)到達(dá)稱(chēng)重傳感器時(shí)小于6V，在同樣受力情況下，傳感器的輸出信號(hào)與供電電壓成正比，所以稱(chēng)重模塊通過(guò)一個(gè)高阻抗回路將傳感器側(cè)實(shí)際的供電電壓反饋給稱(chēng)重模塊，稱(chēng)重模塊通過(guò)內(nèi)部的比較器對(duì)輸出的供電電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。 稱(chēng)重模塊可以連接四線(xiàn)制和六線(xiàn)制傳感器都可以。 如果連接四線(xiàn)制傳感器，需要在接線(xiàn)盒或者稱(chēng)重模塊側(cè)將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接。
對(duì)于工廠中使用PLC連接稱(chēng)重傳感器，我們通常有兩種方式去實(shí)現(xiàn)；
一、使用稱(chēng)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?yàn)閭鞲衅魇怯晌矬w重量壓彎而產(chǎn)生一個(gè)mv級(jí)電壓信號(hào)，PLC無(wú)法直接讀取，所以需要二次表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一說(shuō)到轉(zhuǎn)換大家都知道一定會(huì)有損耗，這個(gè)損耗其實(shí)不是很大，但是對(duì)于精確測(cè)量就會(huì)產(chǎn)生很大影響，我以前曾經(jīng)做過(guò)10g精度的設(shè)備，這個(gè)損耗就是結(jié)果影響就很大了，所以這一方法的有點(diǎn)是便宜，對(duì)于PLC系統(tǒng)沒(méi)有太大的要求，因?yàn)槭烂嫔?8%的PLC都帶模擬量輸入功能。但缺點(diǎn)是無(wú)法應(yīng)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(chēng)重傳感器加PLC稱(chēng)重模塊進(jìn)行測(cè)量
這種方式是最精確的，因?yàn)镻LC連接自己的模塊是沒(méi)有損耗的，而且這種方式的讀取速度也是非?？斓?，可以應(yīng)用在各種復(fù)雜的場(chǎng)合中。
那么它的缺點(diǎn)是對(duì)于PLC系統(tǒng)有著很大要求，首先PLC需要使用帶稱(chēng)重模塊的，而一般稱(chēng)重模塊的價(jià)格都比較高，而且使用一個(gè)新的稱(chēng)重系統(tǒng)以前需要對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)，一旦稱(chēng)重傳感器損壞了更換的話(huà)，也需要重新校準(zhǔn)，而西門(mén)子的各個(gè)系列的稱(chēng)重模塊的校準(zhǔn)都不是很簡(jiǎn)單，需要一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，這個(gè)以后我們還會(huì)講解的；所以這一技術(shù)不適合新手。
那么作為精確測(cè)量的單元，它的使用方法也必須注意，否則很有可能導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)甚至損壞。
一、安裝時(shí)需要非常注意，否則容易損壞傳感器
稱(chēng)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(xiàn)任何一點(diǎn)震動(dòng)導(dǎo)致的沖擊或者是發(fā)生掉落的情況都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)非常大的數(shù)據(jù)輸出誤差。比如一個(gè)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(chēng)重傳感器一定要做到輕拿輕放。
二、安裝時(shí)嚴(yán)格按照它的設(shè)計(jì)要求
根據(jù)設(shè)備的工藝，或者水平安裝或豎直安裝，但傳感器的稱(chēng)重部分一定要與被測(cè)物體嚴(yán)密吻合，切稱(chēng)重部分和被測(cè)物體不能接觸器其他著力點(diǎn)，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。
三、有時(shí)需要使用三個(gè)甚至多個(gè)傳感器共同測(cè)量同一物體，這些傳感器與稱(chēng)重裝置的接觸面必須水平，否則受力不均，影響測(cè)量結(jié)果，雖然輕微的水平面傾斜可以通過(guò)接線(xiàn)盒里的電阻調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)能力有限，而且也不利于效稱(chēng)，所以安裝時(shí)盡量保持水平。
其他注意事項(xiàng)：
一、接線(xiàn)盒；在使用多個(gè)稱(chēng)重傳感器時(shí)，接線(xiàn)盒是一個(gè)必要的工具，它可以將多組稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)一到一起，減少稱(chēng)重模塊的工作量。
但是在使用過(guò)程中，它也是很容易出問(wèn)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(gè)端子的含義，切忌接錯(cuò)線(xiàn)。
二、電纜的連接和屏蔽
傳感器的信號(hào)最終還是通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸，而且對(duì)于如此高精度的信號(hào)，有一點(diǎn)干擾都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。
因此連接時(shí)需要嚴(yán)格按照上圖進(jìn)行施工。
三、編程的注意事項(xiàng)，濾波是否可以使用？
在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在很多干擾，那么很多人都習(xí)慣使用程序手段進(jìn)行濾波，但是對(duì)于稱(chēng)重也是可以使用的，但是需要注意的是；濾波會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的滯后性，如果只是單純的觀察和測(cè)量則沒(méi)有問(wèn)題，但如果是計(jì)算或者是使用測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制那么就會(huì)導(dǎo)致稱(chēng)重結(jié)果不準(zhǔn)確，這里大家需要注意。
好吧，今天和大家講一講稱(chēng)重，以后會(huì)繼續(xù)拓展講一講西門(mén)子不同系列的PLC連接稱(chēng)重傳感器以及校稱(chēng)和編程，想學(xué)習(xí)PLC和自動(dòng)化知識(shí)的朋友請(qǐng)不要錯(cuò)過(guò)了。
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四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器：六線(xiàn)制和四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器的接線(xiàn)方法
1.稱(chēng)重傳感器如何接線(xiàn)
首先確定顯示器上傳感器器接口的電源正、電源負(fù)、反饋正、反饋負(fù)、信號(hào)正、信號(hào)負(fù)，如果是6線(xiàn)制傳器，測(cè)出傳感器電阻小的兩組線(xiàn)分別是電源正、反饋正；電源負(fù)、反饋負(fù)，接到顯示器后對(duì)傳感器加載，測(cè)量另外兩根線(xiàn)的電壓值(毫伏)正接顯示器信號(hào)正，負(fù)接顯示器信號(hào)負(fù)；如果是四線(xiàn)值，需要將顯示器的電源正與反饋正短接、電源負(fù)與反饋負(fù)短接，用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器四根線(xiàn)，其中電阻值大的兩根是電源，另外兩根是信號(hào)；
根據(jù)傳感器的產(chǎn)地，可以用引線(xiàn)的色判斷，我們一般是紅為電源正，黑為電源負(fù)，黃為信號(hào)正，白為信號(hào)負(fù)。
稱(chēng)重傳感器可以采用兩種不同的輸入、輸出接線(xiàn)方法：一種是四線(xiàn)制接法，另一種是六線(xiàn)制接法。
四線(xiàn)制接法的稱(chēng)重傳感器對(duì)二次儀表無(wú)特殊要求，使用起來(lái)比較方便，但當(dāng)電纜線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，容易受環(huán)境溫度波動(dòng)等因素的影響。
2.稱(chēng)重傳感器四線(xiàn)制接線(xiàn)圖
四線(xiàn)制接法的稱(chēng)重傳感器對(duì)二次儀表無(wú)特殊要求，使用起來(lái)比較方便，但當(dāng)電纜線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，容易受環(huán)境溫度波動(dòng)等因素的影響。
3.稱(chēng)重傳感器六線(xiàn)接線(xiàn)圖
六線(xiàn)制接法的稱(chēng)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(huán)境溫度波動(dòng)等因素的影響，在精密測(cè)量及長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。
在稱(chēng)重設(shè)備中，四線(xiàn)的傳感器用的比較多，如果要將六線(xiàn)傳感器接到四線(xiàn)傳感器的設(shè)備上時(shí)，可以把反饋正和激勵(lì)正接到一起，反饋負(fù)和激勵(lì)負(fù)，接到一起。信號(hào)線(xiàn)要注意一點(diǎn)就是，紅色和白色在兩種類(lèi)型的傳感器上對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)是不一樣的。
四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器：深度探索：稱(chēng)重傳感器的靈敏度
稱(chēng)重傳感器的輸入、輸出接線(xiàn)方法有兩種：
一種是四線(xiàn)制接線(xiàn)法
優(yōu)：稱(chēng)重傳感器對(duì)儀表無(wú)特殊要求，使用方便。
缺：當(dāng)電纜線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，容易受環(huán)境溫度波動(dòng)等因素影響。
四線(xiàn)制接線(xiàn)法
四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器共有5根線(xiàn)：一組電源線(xiàn)、一組信號(hào)線(xiàn)，還有一根屏蔽線(xiàn)。
EXC+：正激勵(lì)（紅線(xiàn)）
EXC-：負(fù)激勵(lì)（黑線(xiàn)）
Single+：正信號(hào)（綠線(xiàn)）
Single-：負(fù)信號(hào)（白線(xiàn)）
以麗景稱(chēng)重傳感器為例：地線(xiàn)為透明色線(xiàn)
稱(chēng)重傳感器接線(xiàn)圖
另一種是六線(xiàn)制接線(xiàn)法
優(yōu)：不易受環(huán)境溫度波動(dòng)等因素影響，在精密測(cè)量及長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)有一定優(yōu)勢(shì)。
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(xiàn)制接線(xiàn)法
六線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器共有7根線(xiàn)：一組電壓線(xiàn)，一組信號(hào)線(xiàn)，還有一組反饋線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)。
激勵(lì)和信號(hào)線(xiàn)及屏蔽線(xiàn)的顏色和四線(xiàn)制時(shí)一樣的，反饋線(xiàn)的顏色分別為藍(lán)色和黃色。
以稱(chēng)重設(shè)備需要接入四個(gè)稱(chēng)重傳感器為例，需用到接線(xiàn)盒，再將模擬信號(hào)集中傳輸?shù)絻x表中輸出。
下圖就是傳感器接入到接線(xiàn)盒時(shí)的接線(xiàn)方法
傳感器接入集線(xiàn)盒中
稱(chēng)重顯示儀表
單個(gè)稱(chēng)重傳感器接線(xiàn)方法
傳感器接線(xiàn)方法
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四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器：稱(chēng)重傳感器四線(xiàn)制與六線(xiàn)制傳感器與稱(chēng)重模塊的連接
稱(chēng)重傳感器的測(cè)量采用應(yīng)變式原理，應(yīng)變片被固定在彈性體上。外力的作用導(dǎo)致彈性體產(chǎn)生形變，在彈性體上的應(yīng)變片隨之產(chǎn)生形變。由于應(yīng)變片外部形狀的變化，其電阻值也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。左上角和右下角應(yīng)變片被壓縮，電阻薄膜變短，阻值變小。右上角和左下角應(yīng)變片被拉伸，電阻薄膜變長(zhǎng)，阻值變大。對(duì)于每只稱(chēng)重傳感器，至少4個(gè)應(yīng)變片被連接在一起組成一個(gè)惠斯通電橋。當(dāng)傳感器受力導(dǎo)致應(yīng)變片電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋不平衡。 在激勵(lì)電壓不變的情況下，輸出信號(hào)的大小與傳感器受力成正比。
對(duì)于四線(xiàn)制傳感器，只有下圖黑色所示的四個(gè)電纜，其中EXC+和EXC-是稱(chēng)重模塊給傳感器的激勵(lì)，SIG+和SIG-為稱(chēng)重傳感器的輸出；對(duì)于六線(xiàn)制傳感器，會(huì)多出兩根紅色的線(xiàn)，SENSE+和SENSE-它們的作用是什么呢？
一般稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重模塊之間的距離比較遠(yuǎn)，稱(chēng)重模塊給傳感器的供電電壓假設(shè)為10V，那么由于線(xiàn)路的損耗，該激勵(lì)信號(hào)到達(dá)稱(chēng)重傳感器時(shí)小于10V，在同樣受力情況下，傳感器的輸出信號(hào)與供電電壓成正比，所以稱(chēng)重模塊通過(guò)一個(gè)高阻抗回路將傳感器側(cè)實(shí)際的供電電壓反饋給稱(chēng)重模塊，稱(chēng)重模塊通過(guò)內(nèi)部的比較器對(duì)輸出的供電電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。 稱(chēng)重模塊可以連接四線(xiàn)制和六線(xiàn)制傳感器都可以。 如果連接四線(xiàn)制傳感器，需要在接線(xiàn)盒或者稱(chēng)重模塊側(cè)將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接。
如果稱(chēng)重模塊與傳感器距離很遠(yuǎn)，比如100-200米，而且傳感器是四線(xiàn)制傳感器，那么建議用戶(hù)在接線(xiàn)盒上將傳感器的SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接，這樣從接線(xiàn)盒出來(lái)后傳感器就變成了六線(xiàn)制了，通過(guò)專(zhuān)用的傳感器連接電纜，連接至稱(chēng)重模塊即可，如下圖所示。
如果稱(chēng)重模塊和傳感器距離很近，比如幾米，那么只需在稱(chēng)重模塊上將SENSE+與EXC+短接，SENSE-與EXC-短接即可。
注：部分資料轉(zhuǎn)自西門(mén)子。
