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电阻应变式称重传感器工作原理

文章作者:深圳市聚利兴仪器有限公司    时间:2015/6/1 15:14:19

一、称重传感器的基本知识  

 

 1. 定义:GB/T7551-2008《称重传感器》 

 

    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)来测量质量的力传感器。  

 

   被测量(质量)——→称重传感器——→输出  

 

 2. 组成 

 

   敏感元件+传感元件+测量电路  

 

   其中:敏感元件——电阻应变计;   传感元件——弹性体;       测量电路——惠斯登电桥 

 

二、电阻应变式传感器的工作原理 

 

    以金属材料为转换元件的电阻应变计,其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。所谓应变效应是指金属导体(电阻丝)的电阻值随变形(伸长或缩短)而发生改变的一种物理现象。如图所示: 


1)受力前(F=0)电阻值        R ρL/S   1                             

 

2)受力后(F0)电阻变化值  R=R*Kε 2  

 

    结论:金属丝拉伸,电阻值增加; 金属丝压缩,电阻值减小。 

 

3)几种常见的电阻应变计外形 

 

 

  

 

 

 4)电阻应变计的组成部分 

 

  

                       

 

 5)我公司常用应变计的阻值(Ω) 

 

    3507001000 

 

 1. 两个典型的力学模型 

 

 

 F时,R1R3 被拉伸,阻值增大;R2R4被压缩,阻值减小。 

 

 2. 惠斯顿电桥 

 

 

    在应变计的电测技术中,应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点,因此能很好地满足应变测量的要求。 

 

    电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种,当 Ui 为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示,它的四个桥臂由 R1R2R3R4 组成。 

 

 1) 直流电桥的电压输出 

 

    则输出电压 U  U  U 之间的差,即 

 

 

    由(3)可知,当桥臂电阻满足如下条件时,即 

 

          R1R3=R2R4                       4 

 

    电桥的输出电压 U0=0,电桥处于平衡状态。 

 

    为了保证测量的准确性,在实测之前应使电桥平衡(置零),这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。 

 

 2) 按上述力学模型解释: 

 

     F=0 时,R1R3=R2R4U0=0 

 

     F时,R1R3 增加,R2R4 减小,U00 

 

    若欲得到与上述电信号相反的结果时,只需将 A C(或B D)之间的电源正、负极互换即可。 

 

 3) 当桥臂电阻的阻值发生变化时,电桥的输出电压也随着发生变化,当⊿R<<R 时,其输出电压与电阻变化率⊿R/R(或应变ε)成线性关系。 

 

三、称重测力传感器的分类 

 

按受力方式分类 

 

                                                           等。 

 

按弹性体材料分类 

 

    不锈钢:主要应用在食品、化工、医药等有腐蚀性环境的场所;  

 

    合金钢:适用于无腐蚀性或腐蚀性不强的环境场所; 

 

    铝合金:一般使用在小量程等商用衡器场所。 

 

按输出数据类别分类 

 

   模拟式传感器:输出为模拟量信号,如电压、电流等; 

 

   数字式传感器:输出信号为数字信号,如 RS485RS422 

 

按适用温度分类 

 

   常温:使用在常规场所,对温度没有特殊要求; 

 

   高温(超高温):使用在冶金、核电等温度较高的环境; 

 

   低温:使用在温度低于-30℃的场所,如冷冻试验。 

 

按准确度级别分类 

 

   根据传感器的综合性能分为 ABC四个级别。 

 

按结构分 

 

    1)柱式;2)剪切梁式;3)平行梁式;4)板环式;5型;6)弯曲梁式;7)扭环式;8)轮辐式等。 

 

五、称重测力传感器的基本应用 

 

   主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制计量、安全过载报警、材料实验机等领域。 

 

    1)、电子汽车衡;2)、电子台秤;3)、电子叉车秤;4)、动态轴重秤;5)、电子吊钩秤;6)、电子计价秤;7)、电子钢材秤;8)、电子轨道衡;9)、连续累计自动衡器;10)、重力式自动衡器;11)、自动分检衡器;12)、重量限制器;13)过载保护器;14)、称重模块(用于料斗秤、配料秤、罐装秤及工业领域)



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