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。

称重传感器工作原理及输出选项

什么是称重传感器？

称重传感器-有时称为“力”，“称重”或“重量”单元-是一种传感器，可将作用于其上的负载转换为可测量（模拟或数字）输出。输出与施加的力或负载成比例。下面我们将介绍如何使用称重传感器和不同类型的称重传感器进行力测量。

通过应变仪的物理变形实现转换，应变仪结合到称重传感器结构上。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。

在桥式电路中配置额外的可键合电阻，以补偿温度对零或空载信号的影响以及灵敏度（由于施加的负载引起的输出，再加上另一个电阻，使桥在空载时无效）。

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。

称重传感器输出选项

这些低电平毫伏信号与各种定制的应变计仪器兼容。这些仪器包括数字显示器，模拟和数字放大器。典型的模拟放大器将产生更高电平的电压（0-5Vdc，0-10Vdc）或电流（0-20mA，4-20mA），用于后续处理。

数字放大器通常使用通用ASCII协议或已开发的一系列更专业的行业特定协议（如Modbus）提供RS232，RS422或RS485输出。模拟和数字仪器的尺寸都已经缩小（小型化），足以使物品能够安装在称重传感器或力传感器的主体内。

称重传感器设计或者通过它们产生的输出信号的类型（气动，液压或电气）或通过它们检测负载或重量（弯曲，剪切，压缩，张力等）的方法来区分。

为满足研发和工业应用中的各种用途，称重传感器可采用多种形式。然而，今天的大多数设计都使用应变计作为传感元件，其中使用箔或半导体。

箔规提供最广泛的称重传感器设计选择，因此往往是最常用的。应变计图案提供拉伸，压缩和剪切力的测量。

半导体应变计具有较小的模式范围，但具有更小的优点，并提供大规格因数，从而在相同的给定应力下产生更大的输出。由于这些特性，它们倾向于用于微型称重传感器设计。证明环用于负载测量，使用校准的金属环，其运动用精密位移传感器测量。

称重传感器工作原理

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。

早期的称重传感器设计简单地使用应变仪来测量直接应力，该直接应力在受到拉伸或压缩力时被引入金属元件中。弯曲梁型设计使用应变仪来监测受到弯曲力时传感元件中的应力。最近，剪切应力的测量已被采用作为更有效的载荷确定方法，因为该方法较少依赖于力施加到载荷传感器的方向。

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