电桥传感器 电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍

电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍

1. 电阻式应变片电桥压力传感器工作原理

电阻式应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到外界压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，电阻值会发生变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。

一般来说，把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。 这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。

通常使用四臂工作的全桥接法测量电桥有较高的灵敏度应变片式位移传感器测量精度也较高，能起到温度自动补偿的作用。

下图为全桥的基本结构

全桥

V0:输入电源电压。U0:输出共模电压；

2. 电阻式应变片电桥压力传感器电路设计

下图是电路框架结构

电路框架

电路一般由放大电路，滤波电路，电压跟随组成，U0为模拟量输出。

1）放大电路：使用差分放大电路；

差分放大电路，比较常用的电路，可以使用分立式运放来搭建差分运放电路；如下图：

差分运放电路

不过，由分立式运放搭建的差分运放电路，外围器件比较多，而且器件本身有差异，外界干扰信号的影响等，可能会引起一些噪声等误差；比如R1,R2的阻值理想状态是需要相同阻值，但是现实中由于生产工艺等原因不可能有相同阻值的电阻，多多少少都会存在一定偏差，所有说运放的结果也不会是理想状态。

因此，为了减少外围器件，以及不必要的误差，建议在条件运行的状况下，采用仪表放大器，其内部已经集成了差分电路，所有使用时外围器件比较少，电路结构简单，受干扰情况也会减小。

常用的仪表运放有AD620,INA128等；下图是INA128内部结构：此图来自INA128数据手册；

INA128内部电路

RG用来条件增益，根据传感器以及实际电路来条件增益；

仪表运放使用时注意选项，供电电压，增益调节范围，输入输出阻抗，共模抑制比CMR，偏压值，以及噪声等；

2）滤波电路;

滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过，而使规定范围之外的信号不能通过。

滤波电路分为：低通滤波，高通滤波，带通滤波，带阻滤波；

低通滤波：允许低频率的信号通过，将高频率的衰减；

高通滤波：允许高频率的信号通过，将低频率的衰减；

带通滤波：允许一定频带范围内的信号通过，将频带范围外的信号衰减；

带阻滤波：允许一定频带范围之外的信号通过，将频带范围内的信号衰减；

滤波电路又分为：无源滤波，有源滤波；

无缘滤波：仅由无源器件（电阻，电容，电感）组成的滤波电路；其有很大的缺点，比如：电路增益小，驱动负载能力差等。

有源滤波：指利用放大器，电阻和电容组成的滤波电路，主要用于数据传输，抑制干扰等方面；当然其也有缺点：受运放频带限制，这种滤波主要用于低频范围。

下图就是一阶有源低通滤波电路；

输入端RC构成低通滤波，特征频率由RC决定；

此电路特点就是：电路简单，但是阻带衰减太慢，选择性较差。

为了提高阻带衰减特性，加快衰减，改善滤波效果，我们可以再加一节RC低通滤波环节，构成二阶低通滤波，效果比一阶要好很多；如下图：

实际电路中具体选哪种滤波呢，我们要根据实际使用要求等情况，做具体的选择；

3）电压电路

下图是电压跟随的示意图：

电压跟随器

电压跟随，意思就是输出电压与输入电压相等，增益为一，起到电压跟随的作用。

许多应用里面都会有电压跟随电路，但是呢很多人觉得既然是输出电压跟输入电压一致，那为何要添加电压跟随电路，不是多此一举嘛，干脆去掉算了，其实看似简单，但是其有很大的作用，建议最好要有电压跟随电路；下面就简单介绍下电压跟随的几个作用。

1）电压跟随起到缓冲的作用

这个缓冲起到承上启下的作用，如果上一级信号输出阻抗比较高，而下一级输入阻抗比较小，那么这时信号就会有损耗，所有在此添加电压跟随电路，就可以在一定程度上避免这种现象。

2）电压跟随起到隔离的作用

电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特性，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除前后级电路之间的相互影响。

3）电压跟随起到阻抗匹配的作用

电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特性，使得它在电路中可以完成阻抗匹配的功能，使下一级电路工作的更好，尤其在音频处理里面这个作业体现的更为出色。

3. 总结

电阻式应变片电桥压力传感器，的使用比较常见，电路比较简单，基本上由运放电路，滤波电路，跟随电路组成后，就可以满足普通的采样使用；可以直接接入带AD功能的MCU上进行采样，或者接AD转换芯片，再接入MCU等；当然实际使用过程中电压，增益，量程等，根据相关传感器手册，芯片手册等可自行调节。

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称重传感器是什么？PLC如何连接？怎样使用才能最精确？

原创不易，请勿抄袭！

重量是生活中一个重要的单位，那么在工业上它更是非常重要。

生产环节中加了多少公斤的原料，产生了多少公斤的废品等等等等，这些数据都是支撑着整个工厂良好运行的必要元素。

那么在工业上如何计算重量呢？

我们需要使用称重传感器

称重传感器的原理是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。

西门子称重传感器的测量采用应变式原理，应变片被固定在弹性体上。外力的作用导致弹性体产生形变，在弹性体上的应变片随之产生形变。由于应变片外部形状的变化，其电阻值也会相应发生变化。左上角和右下角应变片被压缩，电阻薄膜变短，阻值变小。右上角和左下角应变片被拉伸，电阻薄膜变长，阻值变大。对于每只称重传感器，至少4个应变片被连接在一起组成一个惠斯通电桥。当传感器受力导致应变片电阻发生变化时，电桥不平衡。 在激励电压不变的情况下，输出信号的大小与传感器受力成正比。

称重传感器一般可以连接PLC或者二次表进行示数。

常见的工业传感器分为四线制和六线制；

对于四线制传感器，只有下图黑色所示的四个电缆，其中EXC+和EXC-是称重模块给传感器的激励，SIG+和SIG-为称重传感器的输出；对于六线制传感器，会多出两根红色的线，SENSE+和SENSE-它们的作用是什么呢？这两根线是做补偿用的，当传感器和称重模块的距离较远时，这两根线会进行补偿，进而使得测量结果更精确一些。

在实际现场的使用中，因为工况比较复杂，使得称重传感器和称重模块之间的距离较远，称重模块给传感器的供电电压假设为6V，那么由于线路的损耗，该激励信号到达称重传感器时小于6V，在同样受力情况下，传感器的输出信号与供电电压成正比，所以称重模块通过一个高阻抗回路将传感器侧实际的供电电压反馈给称重模块，称重模块通过内部的比较器对输出的供电电压进行调节。 称重模块可以连接四线制和六线制传感器都可以。 如果连接四线制传感器，需要在接线盒或者称重模块侧将SENSE+与EXC+短接，SENSE-与EXC-短接。

对于工厂中使用PLC连接称重传感器，我们通常有两种方式去实现；

一 使用称重传感器加二次表加PLC的模拟量输入，为什么需要加二次表呢？因为传感器是由物体重量压弯而产生一个mv级电压信号，PLC无法直接读取，所以需要二次表进行转换，一说到转换大家都知道一定会有损耗，这个损耗其实不是很大，但是对于精确测量就会产生很大影响，我以前曾经做过10g精度的设备，这个损耗就是结果影响就很大了，所以这一方法的有点是便宜，对于PLC系统没有太大的要求，因为世面上98%的PLC都带模拟量输入功能。但缺点是无法应用在精度要求较高的情况下。

二 最精确的方法，也是最昂贵的方法，使用称重传感器加PLC称重模块进行测量

这种方式是最精确的，因为PLC连接自己的模块是没有损耗的，而且这种方式的读取速度也是非常快的，可以应用在各种复杂的场合中。

那么它的缺点是对于PLC系统有着很大要求，首先PLC需要使用带称重模块的，而一般称重模块的价格都比较高，而且使用一个新的称重系统以前需要对它进行校准，一旦称重传感器损坏了更换的话，也需要重新校准，而西门子的各个系列的称重模块的校准都不是很简单，需要一定的经验和技术，这个以后我们还会讲解的；所以这一技术不适合新手。

那么作为精确测量的单元，它的使用方法也必须注意，否则很有可能导致测量不准甚至损坏。

一 安装时需要非常注意，否则容易损坏传感器

称重传感器的弹性体的制作材料主要还是合金的铝材，所以出现任何一点震动导致的冲击或者是发生掉落的情况都会导致出现非常大的数据输出误差。比如一个量程为10kg的传感器，如果不小心给了它15kg左右的力，就有可能永久损坏它，因此，安装称重传感器一定要做到轻拿轻放。

二 安装时严格按照它的设计要求

根据设备的工艺，或者水平安装或竖直安装，但传感器的称重部分一定要与被测物体严密吻合，切称重部分和被测物体不能接触器其他着力点，否则会导致测量不准。

三 有时需要使用三个甚至多个传感器共同测量同一物体，这些传感器与称重装置的接触面必须水平，否则受力不均，影响测量结果，虽然轻微的水平面倾斜可以通过接线盒里的电阻调节，但调节能力有限，而且也不利于效称，所以安装时尽量保持水平。

其他注意事项；

一接线盒；在使用多个称重传感器时，接线盒是一个必要的工具，它可以将多组称重数据统一到一起，减少称重模块的工作量。

但是在使用过程中，它也是很容易出问题的。

首先要注意防尘放水防静电，其次在使用中要注意每一个端子的含义，切忌接错线。

二 电缆的连接和屏蔽

传感器的信号最终还是通过电缆进行传输，而且对于如此高精度的信号，有一点干扰都会导致数据的不稳定

因此连接时需要严格按照上图进行施工。

三 编程的注意事项，滤波是否可以使用？

在实际的工业现场会存在很多干扰，那么很多人都习惯使用程序手段进行滤波，但是对于称重也是可以使用的，但是需要注意的是；滤波会产生信号的滞后性，如果只是单纯的观察和测量则没有问题，但如果是计算或者是使用测量结果进行控制那么就会导致称重结果不准确，这里大家需要注意。

好吧，今天和大家讲一讲称重，以后会继续拓展讲一讲西门子不同系列的PLC连接称重传感器以及校称和编程，想学习PLC和自动化知识的朋友请不要错过了。

学习自动化我们是认真的。

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