1. 什么是称重传感器?
称重传感器-有时称为“力”,“称重”或“重量”传感器,可将作用于其上的负载转换为可测量的输出信号。输出信号的大小与施加的力或负载成比例。
L称重传感器 通常由两部分组成。

  • 应变片
  • 弹性体
弹性体
弹性体通常由钢或铝制成。其非常结实,具有非常小的弹性。正如名词“弹性体”所言,钢或铝在负载下产生一定量的变形,但随后会返回到初始位置,弹性地响应每次负载。这些极小的变化可以采用应变片获得。应变仪的变形由分析电子仪器解释以确定重量。
应变片
应变片它们是电导体,以蜿蜒的方式牢固地附着在基底上。当基底被拉动时,它和电导体就会一起更长。当其收缩时,变短。这将导致电导体中的电阻改变。该应变可以在此基础上确定,因为电阻随应变而增加,并随之收缩而减小

应变原理,特殊材料的应变与电阻成正比,把特殊材料的金属丝做成栅型,贴在纸基上,叫应变片,把应变片,贴在承载变形的铝材料或刚材料!把应变片组成惠登斯电桥,不受力,输出电压0受力,应变片的电阻发生变化,电桥不平衡输出电压,通过测量电压的变化,转换为力的变化!

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。
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。

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。
电桥的四个臂上接工作应变片,都参与机械变形,同处一个温度场,温度影响相互抵消,电压输出灵敏度高。当 4 个应变片的材料、 阻值都相同时,可推导出以下公式:
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⚡:图解释应变片的安装方式,并解释为什么增加和减小?
应变片牢固地固定到到弹性体上,因此它经历相同的运动。对于称重传感器来说,这些应变片被布置在惠斯登电桥中(见下图)。这意味着四个SG连接,组成一个桥路,并且被测量的力的方向与测量栅丝相应对齐。
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如果一个物体放置在称重传感器上或悬挂在其上,则可以确定物体的重量。称重传感器的预期负载总是沿着地球中心的方向,即重力方向。也就是只能获得载荷重力方向的力分量。而 力传感器 不是这样,尽管设计类似。力传感器可以获取所有方向上发生的载荷。与地球引力的方向和安装方式无关。
二、称重传感器类型
称重传感器有多种类型,适合不同的应用。常用的包括:

  • 单点称重传感器: 一般用于平台秤,其放置在重物的下方。
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  • 弯曲梁称重传感器: 多个称重传感器放置在钢结构下方,并从上方加载重物。
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  • 压向力传感器: 多个大量程称重传感器放置在钢结构下方,并从上方加载重物。
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  • 拉向力称重传感器: 重物悬吊在一个或多个传感器下方。
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Tips:以上图例是四个应变计固定在称重传感器上,箭头方向即为力的作用方向。

称重传感器也可以根据信号传输的类型进行分类:

  • 数字称重传感器
内置电子元件,用于处理测量结果并显示和传输。

  • 模拟称重传感器
需要附加设备 - 测量放大器。
三、影响称重传感器的因素
1. 环境温度
每种物质随着温度的变化而变化,伴随着温度升高而扩张,温度下降而收缩。同样适用于称重传感器及其应变片,同样影响导体的电阻。然而,无论环境温度如何,为了获得正确的测量结果,每个称重传感器都应内置温度补偿机制。
称重传感器必须能够承受各种环境温度影响。如极寒和高温环境。
2. 寄生力
根据称重传感器的安装环境,例如称重容器放在传送带下方,可能会发生重量以外的其他负载。“寄生力”是不仅会发生所需主要方向上,而且会从侧面,下方施加。称重传感器不是为此目的开发的,测量结果可能不正确或出现错误。因此,在安装过程中必须小心,以确保没有或尽可能少的寄生力。
四、应用
称重传感器精度
无论采用什么样的称重传感器,精度都起着非常重要的作用。称重传感器具有不同的最大量程(最大量程指最大预期负载)和精度等级。应变技术精度等级一般为C级和D级。具有电子校正的应变称重传感器拥有更高精度等级。

"重量占工业中主导地位,因为商品主要以重量进行销售." - Stefan Schmidt

因此,称重必须严格管制的。对于价值低的货物(如沙子或砾石),称重传感器不需要非常精确 - D级精度就足够了。另一方面,对于制药产品,需要最高精度等级A或B。最常见的消费品如肉类,水果和蔬菜称重,精度等级为C,对所使用的称重系统的精度要求较高。但机械工程或建筑材料衡器也需要C级精度。
严格的称重规标准不断对称重传感器开发人员提出新的挑战。对于OIML精度等级较高的称重传感器,精度偏差仅为几个 ppm(百万分之一)。
传感器接线 8299d7cb82234d4981e310ff47e59e94.jpg
五、技术趋势
基于应变的称重传感器具有非常广泛的应用。应变称重技术在很多领域还没有得到充分的利用,但趋势已经确定 - 需要更精确,更坚固,更快,更智能,并且容易使用 。
参考资料

  • 称重传感器结构和功能 Stefan Schmidt