地磅稱重傳感器基本原理

1、地磅稱重傳感器基本原理一、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?。?，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（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)

2、的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。以AA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)。二、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，它的性能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

3、的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點(diǎn)對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安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。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(zhǔn)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。根據(jù)經(jīng)驗，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%70%量程內(nèi)，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊

4、力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，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)，使傳感器的稱量儲備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。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，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(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價秤、平臺秤、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、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。所以，采用的傳感器

5、滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。滿足整臺電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準(zhǔn)確度選擇的時候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)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，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、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。三、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

6、擬量信號，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，如公斤、噸等。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；低溫：使有在溫度低于-30場所，如冷凍試驗。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)式等四、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、安全過載報警、材料試驗機(jī)等領(lǐng)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、罐裝秤等五、稱重傳感器原理橋式稱

7、重傳感器,S型拉力傳感器,輪幅式稱重傳感器,平等梁稱重傳感器,柱式稱重傳感器,橋式測力傳感器,S型測力傳感器,輪幅式測力傳感器,平等梁測力傳感器,柱式測力傳感器產(chǎn)品特點(diǎn)及結(jié)構(gòu) 采用合金鋼材質(zhì)，無色陽極化處理,封膠。主要適用電子計價秤、計重秤等小臺面電子秤 ,推薦電子秤臺面尺寸：250300 mm主要技術(shù)參數(shù) 額定載荷(Kg) 3 120 精度等級 C2、C3 絕緣電阻(M) 5000(100VDC) 綜合誤差(%F.S) 0.03、0.02 激勵電壓(V) 912 (DC) 靈敏度(mV/V) 2.00.1 溫度補(bǔ)償范圍() -10 +40 非線性(%F.S) 0.03、0.017 使用溫度范

8、圍() -20 +55 滯后(%F.S) 0.03、0.02 零點(diǎn)溫度影響(%F.S/10) 0.03、0.017 重復(fù)性(%F.S) 0.02、0.01 靈敏度溫度影響(%F.S/10) 0.02、0.014 蠕變(%F.S/30min) 0.02 安全過載范圍(%F.S) 150 零點(diǎn)輸出(%F.S) 1 極限過載范圍(%F.S) 200 輸入阻抗() 4056 防護(hù)等級 IP65 輸出阻抗() 3503 電纜線 四芯屏蔽電纜4 0.42m 接線方法 輸入(電源) + ： 紅色；輸入(電源) - ： 黑色；輸出(信號) + ： 綠色；輸出(信號) - ：白色1、稱重就是用來稱量物體的重量m

9、g，稱重傳感器就是用來將物體的重量性質(zhì)力轉(zhuǎn)化為電信號并輸出的一種傳感儀器。2、原理很簡單，就是電阻分壓原理。你可以在網(wǎng)上百度搜索“惠斯通電橋”百度文庫里有詳細(xì)的相關(guān)資料。3、蠕變，就是稱重傳感器受外界環(huán)境或自身因素的影響導(dǎo)致其測量值發(fā)生變化，其變化值一般很小，PPM級的。蠕變和零漂是同時存在的?，F(xiàn)在的稱重傳感器的蠕變和零漂受加工工藝的影響比較大。4、線性，就是在稱重傳感器的量程范圍內(nèi)被稱重物體的質(zhì)量與傳感器輸出的變化量成比例關(guān)系。y=kx。5、滯后，就是由空載加壓向載力在某一值m記錄其輸出值a，然后從滿壓載力減壓到該值m記錄輸出值b，此時a與b是不一樣的。b比a要滯后。6、還有重復(fù)性。 六、電

10、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?。?，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（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。 1、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 設(shè)有一個金屬電阻絲

11、，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作，這種材料的泊松系數(shù)是。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R： R=L/S（）（21） 當(dāng)他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長L，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少r。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作。 對式（2-1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有： R=L/S+L/SSL/S2（22） 用式（2-1）去除式（2-2）得到 R/R=/+L/LS/S（23） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S=r2，則s=2r*r，所以 S/S=2r/r（2

12、4） 從材料力學(xué)我們知道 r/r=-L/L（25） 其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（24）（25）代入（2-3），有 R/R=/+L/L+2L/L =（1+2（/）/（L/L）*L/L =K*L/L（2-6） 其中 K=1+2+（/）/（L/L）（-） 式（2-6）說明了電阻應(yīng)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）之間的關(guān)系。 需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.73.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。在材料力學(xué)中L/

13、L稱作為應(yīng)變，記作，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。這樣，式（-）常寫作： R/R=K(28) 2、彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)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)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以AA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

14、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)。 =（3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3）（2-9） 其中：Q-截面上的剪力；E-揚(yáng)氏模量：泊松系數(shù)；B、b、H、h為梁的幾何尺寸。 需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。 3、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?。因為惠斯登電橋具有很多?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

15、應(yīng)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銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 七、稱重傳感器工作原理稱重傳感器是電子衡器的心臟，下面我們來了解一下稱重傳感器的工作原理。1. 兩個典型的力學(xué)模型當(dāng)F0時，R1、R3被拉伸，阻值增大；R2、R4被壓縮，阻值減小。2. 惠斯頓電橋在應(yīng)變計的電測技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡單、精度高、容易實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測量的要求。電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng)Ui為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如上圖所示，它的四個橋臂由R1、R2、R3、R4組成。1) 直流電橋的電壓輸出根據(jù)分壓原理，從D-A-C半橋來看，從D經(jīng)A到C的電壓降為Ui，通過R1、R2的電流I1=Ui/（R1+R2） （1）R2上的電壓降為I1R2，代入（1）得UAC=Ui*R2/（R1+R2） （2）同樣，D-B-C半橋的電壓降也是Ui，R3上的電壓降為：UBC=Ui*R3/（R3+R4） （3）則輸出電壓UO是UBC與UAC之間的差，即R1R3-R2R4UO=UBC-UAC= Ui （4）（R1+R2）（R3+R4）由（4）可知，當(dāng)橋臂電阻滿足如下條件時，即R