分析了电阻应变式传感器的结构原理和基本技术参数，以及由于超载导致传感器损坏的故障表现等，提出了 对超载故障的检查判断要点和几种简易快速的维修方法。实践证明，通过这些维修方法，能够使许多电子秤恢复正常 工作，并为从事电子秤检定、维修的人员提供技术参考。

1.引言

由于电子秤使用方便，随着成本价格的不断下 降，电子秤在生产、贸易等方面日渐普及，并深受广大 用户的欢迎。但是，由于电子秤使用了传感器作为称 量部件,因此在出现故障后维修的难度也比较大。

传感器是电子秤的一个重要的部件,同时，传 感器也是电子秤中一个比较容易损坏的部件，很容 易因使用不当，称量了超过电子枰测量范围的物件 而导致传感器超载损坏。同时，由于部分电子秤生 产厂家为了降低成本，使用了过载能力较低的传感 器，并且防止传感器过载的设计过于简单,客观上 也造成了电子秤容易由于超载而损坏。

2.传感器的结构原理和基本技术参数

要判断传感器是否因超载造成损坏，首先要了 解传感器的结构原理和基本技术参数。

2.1传感器的结构原理

电子秤常用的传感器一般是电阻应变式传感 器，基本原理就是将电阻应变片粘贴在一个金属的弹性体上，弹性体(弹性元件)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，他的阻值将 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)输出，从而 将力值信号转换为电信号。

电阻应变式传感器主要由电阻应变片、弹性体 和检测电路3个部分组成。

2.1.1电阻应变片

电阻应变片是用直径约为0.025 mm的具有高 电阻率的电阻丝制成，如图1所示，为获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，并粘贴在绝缘的基片 上，电阻丝的两端焊接有引出导线，线栅上面粘贴 有起保护作用的覆盖层。

电阻应变片的电阻R值可用式(1)表示：

2.1.2弹性体

用于电子秤的传感器弹性体一般结构形式是 剪切梁式，其工作原理是利用剪切原理，即当弹性 体受外力作用后，测量由剪切力引起的切应力，但 切应力本身是测量不出的，他能产生与工字梁中心 轴线成45°角的互相垂直的主应力，也就是产生由 切应力而引起的拉伸应力与压缩应力。因此，在剪 切梁式传感器中，是将四个电阻应变片分别贴在工 字梁腹板的两面，并与中心轴线成45°的互相垂直 到位置上。

2.1.3检测电路

传感器弹性体上的四个电阻应变片组成一个 全桥电桥，如图2所示。图中，凡至札为电阻应变 片，V为输入电压值，F。为输出电压值。当传感器不 受载荷时，输出电压F。为零值;当传感器承受载荷 时，应变计R1、R3电阻值增加而R2、R4电阻值减少, 使电桥对角线上产生与载荷成正比的不平衡输出， 即输出电压F。产生变化，利用这一原理，就可测出 载荷值。

2.2传感器的基本技术参数

传感器的技术指标包括零点输出、零点漂移、 重复性、直线度、滞后、长期稳定性、蠕变、零点温度 影响、输出温度影响、输出灵敏度、输人电阻、输出 电阻、激励电压、安全过载范围、极限过载范围等。 在检修过程中，只需要了解输入电阻、输出电阻等 参数就可以了。

电阻应变式的传感器基本是4线制的，包括两 根电源输人线V+和V-,两根信号输出线S+和S-。 电源输入信号由一个稳压电路提供，一般为直流 5 V~24 V，通常用V+和V-表示。而信号输出S+和 S-是一个mV/V的电压信号，这个输出信号是随着 传感器所受压力变化而变化的。

国内对传感器连接线的颜色没有统一标准规 定，常见的传感器连接线的颜色定义为：V+红， V-黑，S+绿，S-白，这也是大部分国产传感器的线 序。也有的传感器连接线颜色定义为V+红，V-黑， S+绿，S-黄。

通过测量传感器输出电阻，也可以区分连接 线。常用传感器的输入电阻一般为400 欧姆左右， 输出电阻为350欧姆左右(部分传感器输入电阻为 1 050欧姆左右，输出电阻为1000欧姆左右)。这样只要 通过万用表就可以判断，电阻为400欧姆左右的两根 线是传感器的输入端，这也是传感器任意测量时两 根线之间最大的电阻，而电阻为350 欧姆左右的为输 出端。

3.传感器的故障判断

3.1传感器的故障表现

电子秤传感器的极限过载范围一般是额定载 荷的3倍左右，超过极限过载范围后，就会对传感 器造成损坏。电子秤超载损坏后的故障表现主要有以下几种：

（1）加载到(或接近)满量程负荷时显示超载；

（2）正常开机后不显示零值；

（3）开机自检程序提示出错，如显示“err x”、 “E 1”‘‘F--5—-H；

(4)正常开机显示零值后，称量物体数值无反 应，或者开机后显示不归零。

电子秤出现以上故障时，可以初步怀疑是传感 器出现问题，在排除传感器断线、传感器和仪表的 插头接触不良等线路故障后，就可以基本判断是传 感器的故障了。

3.2传感器的故障判断方法

（1）通过测量传感器输入输出电阻值，判断传 感器的好坏。检查传感器时，首先判断传感器的连 接线路，对于连接在电路上的传感器，可以用简单 的方法进行判断:接通电子秤电源，然后开机，使用 万能表直流电压档，负极接地，正极分别测量传感 器的4根连接线,电压为零(接地)的是V-，电压最 髙的是V+，电压为V+—半的是信号输出线S+和 S—。

一般情况下，通过测量V+和s+，v+和s-，v-和 S+，V-和S-之间的电阻，就可以基本判定传感器是 否损坏。正常的传感器，V+和S+，V+和S-之间的两 个电阻相同，V-和S+，V-和S-之间的两个电阻相 同。也就是传感器的任意一个输人端(V+或V-)到 两个信号输出端(S+和S-)的两个电阻是相同的。 假如传感器任意输入端到两个信号输出端的两个 电阻相差2ft以上，则说明传感器的电桥已经由于 超载受到损坏。

（2）通过测量传感器的零位输出信号，判断传 感器的好坏。由于传感器的内部电路结构是一个电 桥，因此，理论上传感器在没有负载的情况下，两个 信号端(S+和S-)的输出信号值应该是OmV。但实 际上由于传感器的制造工艺问题，零位输出信号 不可能完全为零。按照国家标准，零位输出信号 不能大于传感器输出的±1%FS。例如，一个传感 器的灵敏度是2.00 mV/V，电路的输入电压为10 V， 传感器的最大输出电压就是2 mV/V (灵敏度）x 10V(输人电压)=20mV，则零位输出信号不应超 过士 1 %x20 mV=±0.2 mV。

检测时,将万用表调到20mV档,测量传感器 的信号输出两端，如果传感器上没有任何负载，而测 量出来的信号电压却远远超出正常零点值(0.2 mV)， 则说明传感器已经超载损坏了。

（3）短路法。在实际检测过程中，对于不能正常 开机的电子秤，也可以用一个金属镊子直接将两个 信号端(S+和S-)短路，然后开机，如果电子秤能够 正常开机显示零位，也可以基本判定是传感器超载 损坏。其原理是通过直接短路将两个信号端电压调 平衡，让程序认为传感器正常，从而通过自检程序。

（4）替换法。对于以上方法都不能判定的传感 器，可以进行替换。将一个灵敏度和电阻相近的传 感器连接到电路上，假如电子秤能够正常开机和对 加荷有反应，也可判定原传感器损坏。但是由于不 同电子秤在标定时所记录的数据不同，所以换上去 的传感器显示的测量数值是不正确的。替换时要注 意，如果此传感器的型号规格不一样，一般不要进 行重新标定或校准，否则可能造成原有程序数据丢 失无法恢复。

4.检修方法

传感器超载,造成的损坏从程度上可以分为两 类，（1)弹性体严重损坏，从外观可以直接观察到弹 性体巳经变形，内部电阻应变片也可能已经断路， 输出端电阻值为无穷大,此类情况下传感器已经没 有修复价值，建议更换；（2)弹性体没有严重变 形，只是输出电阻不平衡，或者零点输出值过大， 这类情况一般可以用简单的方法进行修复。根据 实际维修经验，传感器超载造成无法修复的损坏情 况不多。以下介绍的维修方法主要是针对第二类 情况。

（1）重新标定。对于可以正常开机，但加载到 (或接近)满量程负荷时显示超载的情况,可以对电 子秤进行重新标定。由于现代的电子秤在软件设计 上一般都有内部标定程序，对于示值误差不大的情 况下，按照说明书或厂家提供的技术资料对电子秤 进行重新标定，往往可以使电子秤恢复正常。

（2）调整电路零值电压。由于应变式传感器的 零点输出不一样而且不太稳定，因此许多电子秤都 会设计有调零电路。一般有两种调整方式，(a)使用 可调电位器;(b)使用跳线开关。维修时直接调整电 位器或进行跳线就可以了。

还有部分电子秤没有调零电路，此时需要采用 电阻补偿的方法进行调整。基本原理是将传感器内 部的电桥不平衡量用电阻在外部电路上进行补偿， 使其信号输出端电压恢复到正常范围。

某型号电子秤超载故障的检修实例:电子秤开 机显示测量传感器输入电压为12 V，零 位输出电压为6.IV。而正常情况下，传感器经过运算放大器放大后的零位输出电压应 该在电源电压的二分之一以下，因此零位电压应该 在5.5 V-6.0 V之间，由此基本判断是传感器超载损 坏。维修方法是通过电阻补偿的原理，在电路上将 输出电压补偿到正常电压。具体做法是在第一级运 算放大器的同相端对地接1个补偿电阻，电阻的阻 值视零位偏移量而定，一般在1 MXi~5 MX1之间，电 阻越小，补偿量越大。接上一个1 的电阻之后， 传感器零位输出电压降为5.8 V，电子天平恢复正 常工作。

(3)机械加力方式。在维修工作中，部分传感器 还可以通过机械加力的方法进行调整，即反方向超 载加力，使弹性体恢复正常位置。但必须注意，加力 的力度不能太大，否则会永久损坏传感器,一般最 大可以加到传感器额定负荷的2~3倍(由于传感器 的极限负荷一般是额定负荷的2~3倍，因此最好不 要超过此值),加力过程要平稳，而且应该分多次加 力，并逐步加大力值，每次加力后要重新开机检査 传感器的状态是否已经恢复，避免反向超载损坏。 实践证明，通过机械加力方式，损坏轻微的传感器 可以恢复正常,而且非线性误差变化不大，经过重 新标定,可以继续正常使用。

5.结束语

通过了解电阻应变式传感器的结构原理，利用 以上的几种检修方法，可以较迅速地检査传感器的 状态，判断传感器的损坏情况，并且有效地排除故障。