一、稱重傳感器的基本知識
1. 定義:GB/T7551-2008《稱重傳感器》
考慮到使用地點的重力加速度(g)和空氣浮力(f)的影響后,通過把其中一種被測量(質量)轉換成另外一種被測量(輸出)來測量質量的力傳感器。
被測量(質量)——→稱重傳感器——→輸出
2. 組成
敏感元件+傳感元件+測量電路
其中:敏感元件——電阻應變計; 傳感元件——彈性體; 測量電路——惠斯登電橋
二、電阻應變式傳感器的工作原理
以金屬材料為轉換元件的電阻應變計,其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應變效應。所謂應變效應是指金屬導體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發生改變的一種物理現象。如圖所示:
1)受力前(F=0)電阻值 R ρL/S (1)
2)受力后(F>0)電阻變化值 ⊿R=R*Kε (2)
結論:金屬絲拉伸,電阻值增加; 金屬絲壓縮,電阻值減小。
3)幾種常見的電阻應變計外形
4)電阻應變計的組成部分
5)我公司常用應變計的阻值(Ω)
350;700;1000
1. 兩個典型的力學模型
當 F>0 時,R1、R3 被拉伸,阻值增大;R2、R4被壓縮,阻值減小。
2. 惠斯頓電橋
在應變計的電測技術中,應用廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結構簡單、高、容易實現溫度補償等優點,因此能很好地滿足應變測量的要求。
電橋根據電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種,當 Ui 為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如上圖所示,它的四個橋臂由 R1、R2、R3、R4 組成。
1) 直流電橋的電壓輸出
則輸出電壓 U 是 U 與 U 之間的差,即
由(3)可知,當橋臂電阻滿足如下條件時,即
R1R3=R2R4 (4)
電橋的輸出電壓 U0=0,電橋處于平衡狀態。
為了保證測量的準確性,在實測之前應使電橋平衡(置零),這樣輸出電壓只與應變計感受應變所引起的電阻變化有關。
2) 按上述力學模型解釋:
當 F=0 時,R1R3=R2R4;U0=0;
當 F>0 時,R1、R3 增加,R2、R4 減小,U0>0。
若欲得到與上述電信號相反的結果時,只需將 A 與C(或B與 D)之間的電源正、負極互換即可。
3) 當橋臂電阻的阻值發生變化時,電橋的輸出電壓也隨著發生變化,當⊿R<<R 時,其輸出電壓與電阻變化率⊿R/R(或應變ε)成線性關系。
三、稱重測力傳感器的分類
1 按受力方式分類
等。
2 按彈性體材料分類
不銹鋼:主要應用在食品、化工、醫藥等有腐蝕性環境的場所;
合金鋼:適用于無腐蝕性或腐蝕性不強的環境場所;
鋁合金:一般使用在小量程等商用衡器場所。
3 按輸出數據類別分類
模擬式傳感器:輸出為模擬量信號,如電壓、電流等;
數字式傳感器:輸出信號為數字信號,如 RS485、RS422。
4 按適用溫度分類
常溫:使用在常規場所,對溫度沒有特殊要求;
高溫(超高溫):使用在冶金、核電等溫度較高的環境;
低溫:使用在溫度低于-30℃的場所,如冷凍試驗。
5 按準確度級別分類
根據傳感器的綜合性能分為 A、B、C、D 四個級別。
6 按結構分
1)柱式;2)剪切梁式;3)平行梁式;4)板環式;5)S 型;6)彎曲梁式;7)扭環式;8)輪輻式等。
五、稱重測力傳感器的基本應用
主要應用在各種電子衡器、工業控制領域、在線控制計量、安全過載報警、材料實驗機等領域。
1)、電子汽車衡;2)、電子臺秤;3)、電子叉車秤;4)、動態軸重秤;5)、電子吊鉤秤;6)、電子計價秤;7)、電子鋼材秤;8)、電子軌道衡;9)、連續累計自動衡器;10)、重力式自動衡器;11)、自動分檢衡器;12)、重量限制器;13)過載保護器;14)、稱重模塊(用于料斗秤、配料秤、罐裝秤及工業領域)