稱重傳感器原理
一、稱重傳感器的定義
稱重傳感器是指電子衡器上使用的一種力傳感器，能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號，是在考慮到使用地點的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過把其中一種被測量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成另外一種被測量（輸出）來測量質(zhì)量的力的傳感器。
二、電阻應變式稱重傳感器的基本原理
電阻應變式稱重傳感器主要由彈性元件、電阻應變片、測量電路和傳輸電纜四部分組成。稱重傳感器的彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）同時產(chǎn)生變形。電阻應變片變形后，其阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而完成了將外力變換為電信號的過程。
1、電阻應變片
電阻應變片是把一根電阻絲機械地分布在一塊有機材料制成的基底上。電阻應變片的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。當其兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。伸長時，其橫截面積則縮小，截面圓半徑則減少。電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間成比例的關系。
需要說明的是：靈敏度系數(shù)K是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，與應變片的形狀、尺寸大小無關。不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間。其次K值是一個無因次量，沒有量綱。
在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便，常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。
2、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。其功能有兩個，首先是承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次是提供一個高品質(zhì)的應變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想地完成電信號的轉(zhuǎn)換任務。
3、檢測電路
檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點，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用。
因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
三、如何選用稱重傳感器
稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準確度和穩(wěn)定性。在設計電子衡器時，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。
稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。傳感器所處的實際工作環(huán)境，正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。
稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素，實際的使用當中我們主要從下列幾個因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、最大分度數(shù)、最小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標。
1. 稱重傳感器的數(shù)量和量程
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。
下面給出一個經(jīng)過大量實驗驗證的經(jīng)驗公式。
公式如下：
C=K0 × K1 × K2 × K3 (Wmax+W)/N
式中 C一單個傳感器的額定量程
W一秤體自重
Wmax一被稱物體凈重的最大值
N一秤體所采用支撐點的數(shù)量
K0一保險系數(shù)，一般取1.2～1.3之間
K1一沖擊系數(shù)
K2一秤體的重心偏移系數(shù)
K3一風壓系數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗，一般應使稱重傳感器在其30%～70%量程內(nèi)工作。但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用稱重傳感器時，一般要擴大其量程，使稱重傳感器在其量程的20%～30%之內(nèi)工作，使稱重傳感器的稱量儲備量程增大，以保證稱重傳感器的使用安全和壽命。稱重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，稱量安全可靠；另一方面，要考慮稱重傳感器制造廠的建議。制造廠一般會根據(jù)稱重傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點規(guī)定稱重傳感器的適用范圍，比如鋁式懸臂梁稱重傳感器適用于計價秤、平臺秤、案秤等，鋼式懸臂梁稱重傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等，鋼質(zhì)橋式稱重傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等，柱式稱重傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
2.稱重傳感器的準確度等級選擇
稱重傳感器的準確度等級包括稱重傳感器的非線性、蠕變、重復性、滯后、靈敏度等技術指標。在選用的時候不應該盲目追求高等級的稱重傳感器，應該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下，選用稱重傳感器的總精度為非線性、不重復性和滯后三項指標的之和的均方根值略高于秤的精度。
3.各種類型稱重傳感器的使用范圍
選用的稱重傳感器須滿足儀表輸入靈敏度的要求，須能夠與所選儀表匹配，滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由機械機構(gòu)、稱重傳感器、儀表三部分組成，在對稱重傳感器準確度選擇的時候，應使稱重傳感器的準確度略高于理論計算值，因為理論往往受到客觀條件的限制，如機械結(jié)構(gòu)的強度、儀表的性能、秤的工作環(huán)境惡劣程度等因素都直接影響到秤的準確度。因此要從各方面提高要求，兼顧經(jīng)濟效益，確保達到目的。
4.使用環(huán)境
一般情況下，高溫環(huán)境對稱重傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題；粉塵、潮濕對稱重傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下會造成稱重傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場對稱重傳感器輸出會產(chǎn)生干擾。相應的環(huán)境因素下我們必須選擇對應的稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求。
四、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、價格低的市場。
C.按輸出數(shù)據(jù)類別分
模擬稱重傳感器：輸出為模擬信號，如：電壓信號（mV）。
數(shù)字稱重傳感器：輸出為數(shù)字信號（數(shù)字量或數(shù)字編碼），如：RS485。
D.按適用溫度分
常溫：使用在常規(guī)場所，對溫度沒有特殊要求。
高溫：使用在冶金、核電等溫度較高（一般在100℃以上）的環(huán)境。
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 單點式等
五、稱重傳感器的基本應用
稱重傳感器主要應用在各種電子衡器、工業(yè)控制領域、在線控制、安全過載報警、材料試驗機等領域。如電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計價秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。
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