称重传感器工作原理及输出选项

陈RQING 2021-01-15 7224

MEMS/传感技术

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描述

　　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）。

　　称重传感器

　　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。

　　其他类型的称重传感器包括液压（或静液压），气动，压电和振弦式称重传感器。
责任编辑人：CC

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