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称重传感器原理称重传感器的定义称重传感器是指电子衡器上使用
称重传感器原理 一、称重传感器的定义 称重传感器是指电子衡器上使用的一种力传感器,能将作用在被测物体上的重力按一定 比例转换成可计量的输出信号,是在考虑到使用地点的重力加速度 (g)和空气浮力 (f)的 影响后,通过把其中一种被测量 (质量)转换成另外一种被测量 (输出)来测量质量的力的 传感器。 二、电阻应变式称重传感器的基本原理 电阻应变式称重传感器主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆四部分组成。 称重传感器的弹性体 (弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在其表面的 电阻应变片 (转换元件)同时产生变形。电阻应变片变形后,其阻值将发生变化 (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。 1、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上。电阻应变片的一 个重要参数是灵敏系数K。当其两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。伸长时, 其横截面积则缩小,截面圆半径则减少。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是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,与应变 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,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。 2、弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。其功能有两个,首先是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;其次是提供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地完成电信号的转换任务。 3、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消,所 以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。 三、如何选用称重传感器 称重传感器被喻为电子衡器的心脏,它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和 稳定性。在设计电子衡器时,经常要遇到如何选用传感器的问题。 称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。传感器所处的 实际工作环境,正确选用传感器至关重要,它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使 用寿命,乃至整个衡器的可靠性和安全性。 称重传感器在选用时要考虑到很多因素,实际的使用当中我们主要从下列几个因素考 虑。另外,称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考 虑的指标。 1. 称重传感器的数量和量程 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生 的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说,传感器的量程越接近分配到每个传感 器的载荷,其称量的准确度就越高。但在实际使用时,由于加在传感器上的载荷除被称物体 外,还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选用传感器量程时,要考虑诸多 方面的因素,保证传感器的安全和寿命。 下面给出一个经过大量实验验证的经验公式。 公式如下: C K0 ×K1 × K2 × K3 (Wmax+W)/N 式中 C一单个传感器的额定量程 W一秤体自重 Wmax一被称物体净重的最大值 N一秤体所采用支撑点的数量 K0一保险系数,一般取1.2~1.3之间 K1一冲击系数 K2一秤体的重心偏移系数 K3一风压系数 根据经验,一般应使称重传感器在其30%~70%量程内工作。但对于一些在使用过程中 存在较大冲击力的衡器,如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等,在选用称重传感器时,一 般要扩大其量程,使称重传感器在其量程的20%~30%之内工作,使称重传感器的称量储备 量程增大,以保证称重传感器的使用安全和寿命。称重传感器型式的选择主要取决于称量的 类型和安装空间,保证安装合适,称量安全可靠;另一方面,要考虑称重传感器制造厂的建 议。制造厂一般会根据称重传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的 材质等特
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