稱重傳感器簡述

一、稱重傳感器的定義與組成  

  1）定義:它是一種力傳感器，通過把被測量（質量）轉化為另外一種被測量（電量）來測量質量的力傳感器。稱重傳感器是電子衡器的重要組成部分，在使用稱重傳感器時，應考慮使用地點的重力加速度和浮力的影響。電子衡器應用稱重傳感器把被測物體的重量轉化成電量，然后通過響應的檢測儀表顯示物體的質量。由此可見，稱重傳感器的性能好壞對電子衡器的性能是至關重要的。 

   2）組成：稱重傳感器一般由敏感元件、變換元件、測量元件等幾部分組成，有時加輔助電源。

  敏感元件：直接感受被測量（質量）并輸出與被測量功能有確定關系的其他量的元件。如電阻應變式稱重傳感器的彈性體，是將被測物體的質量轉變為形變；電容式稱量傳感器的彈性體將被測的質量轉變為位移。 

  變換元件：又稱傳感元件，是將敏感元件的輸出轉變為便于測量的信號。如電阻應變式稱重傳感器的電阻應變計（或稱電阻應變片），將彈性體的形變轉換為電阻量的變化；電容式稱重傳感器的電容器，將彈性體的唯一轉變為電容量的變化。有時某些元件兼有敏感元件和變化元件兩者的功能。如壓電式稱重傳感器的壓電材料，在外載荷的作用下，在發生形變的同時輸出電量。

  測量元件（測量電路）：將變換元件的輸出轉變為電信號，為進一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。如電阻應變式稱重傳感器中的電橋電路，壓電稱重傳感器的電荷前置放大器。

  輔助電源：為傳感器的電信號輸出提供能量。一般稱重傳感器均需要外接電源才能工作。因此，作為一個產品必須標明供電的要求，但不作為稱重傳感器的組成部分。有些傳感器，如磁電式速度傳感器，由于它輸出的能量較大，故不需要輔助電源也能正常工作。所以并非所有傳感器都需要有輔助電源。

二、 稱重傳感器的種類

   稱重傳感器的種類較多，但根據變化工作原理來分，主要有電阻應變式、電容式、差動變動器式、壓磁式、壓電式、振頻式、陀螺式等。下面對幾種常用稱重傳感器進行簡要闡述：

  1）電阻應變式與差動變壓器式傳感器?

   是將電阻應變計（電阻應變片）粘貼在彈性體上，當彈性體受外力（拉力或壓力）作用產生形變時，電阻應變計將該形變轉化成電量輸出，通過相應的測量儀表檢測出這個與外加重量成一定比例關系的電量，從而測出質量。

  2）電容式與差動變壓器式傳感器

  是通過彈性體將物體質量轉換成位移，從而引起電容和電感的改變，利用相應的測量儀表檢測出這個變化的電容量再換算成質量。

  3）壓磁式傳感器

   是利用鐵磁物質在外加質量作用下，鐵磁材料的磁導系數和磁阻的改變，從而使繞在鐵心上的線圈阻抗變化，線圈阻抗的變化與質量成一定比例關系，因此檢出線圈阻抗的變化，便可求得質量。      

  4）壓電式傳感器

   是利用某些晶體介質在受一定方向外加質量作用是，引起內部正負電荷的相對轉移，從而使晶體兩端表面上出現符號相反的束縛電荷，其電荷密度與質量成正比關系

  5）振頻式傳感器

   金屬絲或金屬膜片的固有震動頻率的不緊與其幾何尺寸、密度、材料有關，而且還與內部應力狀態。

當它們的幾何尺寸、材料、密度一定時，外加的質量可以改變它們的內部應力，因而其振動頻率也就相應改變，利用振頻測量儀器測出頻率的變化量，即可求得質量

   6）陀螺式傳感器

   是利用陀螺式進動特征和力矩效應工作的，是近幾年來發展起來的一種新型的稱重傳感器，其特點是作用力方向上無位移，不存在靜平衡問題以及彈性應變中的儲能和恢復問題，因而無滯后，剛性大，線性好，響應快，分辨率高，穩定性好，抗干擾能里強。由于是直接數字輸出，沒有數模轉換問題因而陀螺式稱重傳感器引人注目。在上述稱重傳感器中，當前應用最為廣泛的稱重傳感器是電阻應變式稱重傳感器，因為這種傳感器的結構比較簡單，技術比較成熟，制作容易，準確度高，穩定性好。 

三、稱重傳感器的選型

  根據經濟和現實需要我們選擇電阻應變式稱重傳感器。

  工作原理和組成：是基于金屬絲在受拉或受壓后產生彈性形變，其電阻值也隨之產生相應的變化這一物理特征實現的。

  電阻應變片的主要技術特征

  1）靈敏度

  金屬絲的靈敏系數（K0）是表示金屬絲受力后，電阻的相對變化與軸向長度的變化之間的關系。當金屬絲制成應變片之后，應變片的靈敏度系數K就是一個新的量值了，而且K恒小于K0。這是由于除了膠基對力傳遞變形失真外，主要還存在有橫向效應，而且K還是溫度的函數，所以對K的主要要求是穩定性。

  2 )向效應

  粘貼在試件上的應變片，起敏感柵由許多條直線及圓角部分組成。當受到縱向應力之后，直線段的電阻將增加，圓角部分的電阻將減小，其綜合效應是使應變片的靈敏度下降，這種現象稱為應變片的橫向效應。在工程上采用箔式應變片可以減少橫向效應。

 3）線性度

  試件上的應變敏感元件，其電阻的相對變化ΔR/R理論上呈線性關系。實際上，當施加到試件上的力超過一定范圍時，就會出現非線性關系

 4）機械滯后和熱滯后

  當對貼有應變片的試件循環加載和卸載時，應變片ΔR/R與ΔL/L之間的特性曲線的不重合程度稱為機械滯后。把加載和卸載特征曲線的最大差異值稱為應變片的機械滯后值。它的物理意義是，保持外界條件不變，對試件循環加載、卸載過程中，對同一個載荷，應變片輸出的差值即為機械滯后值。

 5）零漂和蠕變

  在恒溫條件下，貼有應變片的試件不承受載荷，應變片的阻值隨時間變化的情況稱為應變片的零漂。在恒溫條件下，加到貼有應變片的試件上的載荷力恒定，應變片的應變輸出隨時間變化的情況稱為應變片的蠕變。

 6）應變極限

  粘貼在試件上的應變片所能測試的最大載荷力稱為應變極限。在恒溫條件下，緩慢均勻地施加載荷力，當應變片的輸出大于機械應變的10%時，就認為應變片已接近破壞狀態，此是的應變值就稱為應變極限。

 7）電阻應變片的疲勞壽命

  應變片粘貼到試件上之后，在應變極限之內往復循環地施加載荷，應變片所能承受某一特定載荷作用的循環次數為應變片本身的尺寸等條件有關。

 8）電阻應變片的容許電流

  應變片接成橋路之后，當有電流通過時，將會產生熱量，可以使電阻應變片的溫度升高。當電流超過允許電流值時，可能造成應變片燒斷。顯然，允許電流與試件的尺寸，材料的導熱系數及應變片本身的尺寸等條件有關。使用中不允許超過允許電流的數值并注意相關條件。

 9）電阻應變片的絕緣電阻

  應變片的引線與試件之間的電阻值稱為絕緣電阻。他的數量級為兆歐級。

 10）電阻應變片的動態響應特性

  進行動態測量時，應變是以應變波的形式字材料中傳播（傳播速度與聲波相同），當應變波字應變片的敏感柵的軸向傳播時，將會產生延遲。當測量以正弦規律變化的載荷時，應變片反映的應變波形是線柵長度內所感受變量的平均值，故所反映的波幅將低于實際應變數，而造成誤差。