稱重傳感器的基本原理應(yīng)用

1、電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理

電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。

由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中*的幾個(gè)主要部分。彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。

以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。

設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。

肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。

三、檢測電路

檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。

因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度zui高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

2、如何選用稱重傳感器

a.稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。

稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和性。

傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的和壽命。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲(chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用和壽命。傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。

3、稱重傳感器的分類

a.按受力方式分

壓式

拉式

拉壓式

梁式

b.按彈性體材料分

不銹鋼：主要應(yīng)用在食品、化工、醫(yī)藥等有腐蝕性環(huán)境的場所；

合金鋼：腐蝕性環(huán)境場所；

鋁合金：一般使用在量程小、價(jià)格低的市場。

c.按輸出數(shù)據(jù)類別分

模擬傳感器：輸出為模擬量信號(hào)，如電壓、電流等；

數(shù)字傳感器：直接輸出為我們所希望得到的數(shù)字信號(hào)，如公斤、噸等。

d.按適用溫度分

常溫：使用在常規(guī)場所，對(duì)溫度沒有特殊要求；

高溫：使用在冶金、核電等溫度較高（一般在100℃以上）的環(huán)境；

低溫：使有在溫度低于-30℃場所，如冷凍試驗(yàn)。

e.按精度

可查閱GB/T7551-1997《稱重傳感器》

f.按外型結(jié)構(gòu)分

柱式

S型

輪輻式

梁式

單點(diǎn)式等

4、稱重傳感器的基本應(yīng)用

稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、過載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。

如電子汽車衡、電子臺(tái)秤、電子叉車、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等