称重传感器的原理与应用

1. 什么是称重传感器？

称重传感器-有时称为“力”，“称重”或“重量”传感器，可将作用于其上的负载转换为可测量的输出信号。输出信号的大小与施加的力或负载成比例。

L称重传感器 通常由两部分组成。

弹性体

弹性体通常由钢或铝制成。其非常结实，具有非常小的弹性。正如名词“弹性体”所言，钢或铝在负载下产生一定量的变形，但随后会返回到初始位置，弹性地响应每次负载。这些极小的变化可以采用应变片获得。应变仪的变形由分析电子仪器解释以确定重量。

应变片

应变片它们是电导体，以蜿蜒的方式牢固地附着在基底上。当基底被拉动时，它和电导体就会一起更长。当其收缩时，变短。这将导致电导体中的电阻改变。该应变可以在此基础上确定，因为电阻随应变而

应变原理，特殊材料的应变与电阻成正比，把特殊材料的金属丝做成栅型，贴在纸基上，叫应变片，把应变片，贴在承载变形的铝材料或刚材料！把应变片组成惠登斯电桥，不受力，输出电压0受力，应变片的电阻发生变化，电桥不平衡输出电压，通过测量电压的变化，转换为力的变化！

完成的惠斯通电桥需要稳定的直流电源来激励电路。这通常是5Vdc或10Vdc，但可以是1Vdc至18Vdc的任何值。

当应力施加在粘合应变仪上时，会发生电阻变化，使惠斯通电桥不平衡。这提供了与应力值成线性比例的输出信号。该信号的值也与激励电压成比例，通常为几毫伏。

应变式称重传感器将作用于它们的负载转换为电信号。测量仪本身粘合到梁上或结构构件上，当施加力时该梁或结构构件变形。在大多数情况下，使用四个应变计来获得最大灵敏度和温度补偿。两个仪表通常处于拉伸状态，两个处于压缩状态，并通过补偿调整进行接线。当施加载荷时，应变会使载荷的电阻与载荷成比例地改变。随着应变仪版本继续提高其精度，同时降低单位成本，其他称重传感器正变得越来越不受欢迎。

应变仪连接到惠斯通电桥电路，带有四个应变仪（全桥），两个仪表（半桥）或一个仪表（四分之一桥）。使用半桥和四分之一桥，桥使用精密监视器完成。

电桥的四个臂上接工作应变片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消,电压输出灵敏度高。当 4 个应变片的材料、 阻值都相同时，可推导出以下公式:

⚡:图解释应变片的安装方式，并解释为什么增加和减小?

应变片牢固地固定到到弹性体上，因此它经历相同的运动。对于称重传感器来说，这些应变片被布置在惠斯登电桥中（见下图）。这意味着四个SG连接，组成一个桥路，并且被测量的力的方向与测量栅丝相应对齐。

如果一个物体放置在称重传感器上或悬挂在其上，则可以确定物体的重量。称重传感器的预期负载总是沿着地球中心的方向，即重力方向。也就是只能获得载荷重力方向的力分量。而 力传感器 不是这样，尽管设计类似。力传感器可以获取所有方向上发生的载荷。与地球引力的方向和安装方式无关。

二、称重传感器类型

称重传感器有多种类型，适合不同的应用。常用的包括：

Tips:以上图例是四个应变计固定在称重传感器上，箭头方向即为力的作用方向。

称重传感器也可以根据信号传输的类型进行分类：

内置电子元件，用于处理测量结果并显示和传输。

需要附加设备 - 测量放大器。

三、影响称重传感器的因素

1. 环境温度

每种物质随着温度的变化而变化，伴随着温度升高而扩张，温度下降而收缩。 同样适用于称重传感器及其应变片，同样影响导体的电阻。然而，无论环境温度如何，为了获得正确的测量结果，每个称重传感器都应内置温度补偿机制。

称重传感器必须能够承受各种环境温度影响。如极寒和高温环境。

2. 寄生力

根据称重传感器的安装环境，例如称重容器放在传送带下方，可能会发生重量以外的其他负载。“寄生力”是不仅会发生所需主要方向上，而且会从侧面，下方施加。称重传感器不是为此目的开发的，测量结果可能不正确或出现错误。因此，在安装过程中必须小心，以确保没有或尽可能少的寄生力。

四、应用

称重传感器精度

无论采用什么样的称重传感器，精度都起着非常重要的作用。称重传感器具有不同的最大量程（最大量程指最大预期负载）和精度等级。应变技术精度等级一般为C级和D级。具有电子校正的应变称重传感器拥有更高精度等级。

"重量占工业中主导地位，因为商品主要以重量进行销售." - Stefan Schmidt

因此，称重必须严格管制的。对于价值低的货物（如沙子或砾石），称重传感器不需要非常精确 - D级精度就足够了。另一方面，对于制药产品，需要最高精度等级A或B。最常见的消费品如肉类，水果和蔬菜称重，精度等级为C，对所使用的称重系统的精度要求较高。但机械工程或建筑材料衡器也需要C级精度。

严格的称重规标准不断对称重传感器开发人员提出新的挑战。对于OIML精度等级较高的称重传感器，精度偏差仅为几个 ppm（百万分之一）。

传感器接线

五、技术趋势

基于应变的称重传感器具有非常广泛的应用。应变称重技术在很多领域还没有得到充分的利用，但趋势已经确定 - 需要更精确，更坚固，更快，更智能，并且容易使用 。

参考资料

称重传感器的工作原理与构成

称重传感器是传感器的类型之一，它是一种将能量从一种形式转换到另一种形式的设备。称重传感器是一种力传感器，将施加在称重传感器上的力转化为可测量的电信号。信号的强度随施加力的比例变化。

工业应用中最常用的称重器类型是应变片。应变片称重传感器由固定应变片的固体金属体（或"弹簧元件"）组成。应用负载时，称重传感器的主体轻微变形并偏转。偏转是指应用负载时，负载单元沿主轴的长度变化。在拉压力称重传感器中，偏转使仪表变短变厚。在张力称重传感器中，仪表被拉伸，变长变薄。为了响应体型的变化，应变片也会改变形状。这反过来又会导致应变片的电阻变化，然后可以测量为电压变化。由于输出的这种变化与施加的重量量成正比，因此可以从电压变化中确定物体的重量。

工作原理：称重传感器弹性体（弹性元件，敏感梁）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，它的阻值将发生变化（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，从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路、传输电缆是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1、检测电路

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

2、弹性体

弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。

3、电阻应变片

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少。电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间成比例的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。

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[最佳回答]BD

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