称重传感器的工作原理

实战嵌入式硬件电子设计-04-电子秤称重传感器原理分析

实战嵌入式硬件电子设计-04-电子秤称重传感器原理分析

负荷传感器是称重传感器、测力传感器的统称，用单项参数评价它的计量特性。
电阻应变式称重传感器主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。电阻应变式称重传感器的称量范围为几十克至数百吨，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器都使用这种传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：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电压或电流，从而完成了将外力变换为电信号的过程。在测量过程中，重量加载到称重传感器的弹性体上会引起塑性变形。电阻应变式称重传感器的工作过程应变正向和负向通过安装在弹性体上的应变片转换为电子信号。最简单的弯曲梁称重传感器只有一个应变片。通常，弹性体和应变片通过多种方式来结合，类似外壳密封部件等来保护应变片。
称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。称重传感器的量程根据你的用途，称重传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。其次称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。
称重传感器基本知识
1、什么是称重传感器？
称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。
2、称重传感器的测量原理是什么？
称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的（应变，就是尺寸的变化）。
3、称重传感器的构造原理？
金属电阻具有阻碍电流流动的性质，即具有电阻（Ω），其阻值依金属的种类而异。同一种金属丝，一般来讲，越是细长，其电阻值就越大。当金属电阻丝受外力作用而伸缩时，其电阻值就会在某一范围内增减。因此，将金属丝（或膜）紧贴在被测物体上，而且这种丝或膜又很细或很薄，粘贴又十分完善，那麽，当被测物体受外力而伸缩时，金属电阻丝（膜）也会按比例伸缩，其阻值也会相应变化。称重传感器就是将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。
4、称重传感器的外形构造与测重形式？
称重传感器的外形构造随被测对象的不同，其外形构造也会不同。
A、比较常见的称重传感器的外形构造：
圆柱形（杯柱形）；S形；长方形等。
B、测重形式：
压缩式；伸张式。
圆柱形（杯柱形）一般均为压缩式测重形式。
S形，长方形均为压缩式，伸张式两用测重形式。
C、内部金属称重梁形式：
一般分为单孔或双孔形式。
D、鹤林公司使用的称重传感器的外形构造与测重形式：
圆柱形——称重仓（压缩式），原料粉煤灰秤（压缩式）。
S形——皮带秤（压缩式），包装机袋重秤（伸张式）。
长方形——汽车衡（压缩式），轨道衡（压缩式），煤粉天平秤（伸张式），固体流量计（压缩式）。
5、称重传感器的电路组成？
称重传感器进行测量时，我们需要知道的是应变片受应变时的电阻变化。通常总是采用应变片组成桥式电路（惠斯登电桥），将应变片引起的电阻变化转换成电压变化来进行测量的。
设：电桥的输入激励电压为Ei, ①
则电桥的输出电压△E0为：
R1 R2
△E0=Ei×[(R1R3-R2R4)/(R1+R2)(R3+R4)]
输入激励电压 ③ 输出电压
令电桥的初始条件为
R1=R2=R3=R4， ④
则△E0=0。
设电阻值R1的应变片受应变作用 R3 R4
后的电阻变化为R+△R，则电桥的输 ②
出电压△E0为：
△E0=Ei[△R/（4R+2△R）]≌（△R/4R）Ei (R>>△R)
由于△R=R×K0×ε，所以
△E0=（Ei×K0×ε）/4
例如，设K0=2，ε=1000×0.000001, Ei=1V
则: △E0=(1×2×1000×0.000001)/4=0.5mV
式中 K0=系数（一般为2）
ε=应变系数(一般为500×0.000001~2000×0.000001;相当于10~40Kgf/mm2。)
Ei=输入的激励电压
为了增加电桥的视在输出,大多都将电桥设计成4枚应变片都受力作用的形式(4个工作片)。
此时 △E0=0.5mV×4=2 mV
6、传感器的输出灵敏度的表示方法？
电桥的输出电压通常用输入激励电压为1V时的输出电压（mV/V）来表示。通常称传感器的输出灵敏度。
7、为什么传感器内部要加补偿电路？
称重传感器在制造过程中，为了改善它的性能，特别是改善温度特性，一般要在应变片电路中附加对零点和灵敏度的温度补偿。即除了应变片外，其中还增加了各种补偿电阻。
零点补偿的目的是尽量减小电桥零点随温度的变化，因此，出应变片本身的温度自补偿外，又加入了电阻温度系数和电桥中应变片的温度系数不同的电阻元件（如铜电阻或镍电阻等），以加强补偿作用。
灵敏度补偿的目的是减小输出电压随温度的变化，即补偿弹性体的弹性系数和应变片的灵敏度系数随温度的变化。因此，对电桥中串接了两个与电桥温度补偿作用相同的电阻。同时电路中的其它电阻用于将电桥的初始平衡，额定输出和输入电阻等参数调整到规定的数值。
8、称重传感器的参数指标（中英文对照）
Model: STC-100Kg (型号规格)
Cap: 100Kg （量程范围）
Date: 2005/01/14 （生产日期）
S/N: X02274 （出厂编号）
FSO: 2.9981 mV/V （灵敏度）
Recommended Excitation: 10V AC/DC （推荐激励电压）
Maximum Excitation: 15V AC/DC （最大激励电压）
Output at Rated Load: 2.9981 mV/V （额定负荷输出）
Non Linearity: <0.020% （非线性）
Hysteresis: <0.020% （滞后）
Creep(30 minutes): 0.029% （30分钟蠕动）
Non Repeatability: <0.01% （非重复性）
Zero Retum(30 minutes): 0.030% （30分钟零点漂移）
Temp. Effect/℃ on Span: <0.0015% （温度变化1℃对量程的影响）
Temp. Effect/℃ on Zero: <0.0026% （温度变化1℃对零点的影响）
Compensated Temp.Range: -10 to 40℃ （温度补偿范围）
Operating Temp.Range: -20 to 60℃ （工作温度范围）
Zero Balance: ±1% （零点平衡）
Input Resistance: 380±5Ω （输入阻抗）
Output Resistance: 350±3Ω （输出阻抗）
Insulation Resistance(50VDC): >5000MΩ （绝缘电阻）
Deflecion at Rated Load: Nil （零） （额定负荷下的倾斜度）
Safe Overload: 150% （允许超载）
Ultimate Overload: 300% （最终超载）
9、称重传感器引线功能的具体判断方法
由于不同生产厂家的传感器引线的颜色不同，所以不能以具体颜色来判断引线功能。

称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的。

称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最传统概念上，负荷传感器是称重传感器、汉力传感器的统称，用单项参数评价计量特性。旧国标将应用对象和施甲环境条住完全不同的“啾重"和“视力”两种传感器合二为一来考虑，对试验和评价方法未给予区分。

旧国标共有21项指标，均在常温下进行试验;并用非线性、满后误差、重复性误差、辑变、零点温度附加误差以及额定翰出温度)加误差5项页指标中的最大误差，来确定称重传感曜准确度等级，分别用0.02、0.03、0.05表示。

一、电阻应变式称重传感器

利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、汉量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件中受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。

电阻应变式传感器的称量范围为几十克至数百吨。

二、电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理: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，阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应地测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程。

13597235218：称重传感器的工作原理是什么?
关左残 ：答：称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的。一、什么是称重传感器？称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。二、称重传感器的构造原理。金属电阻具有阻碍电流流动的性质，同一种金属...

13597235218：重量传感器的工作原理
关左残 ：答：2、工作原理被称重物或载重汽车置于承载器台面上，在重力作用下，通过承载器将重力传递至称重传感器，使称重传感器弹性体产生变形，贴附于弹性体上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成正比例的电信号，经线性放大器将信号放大。再经A/D转换为数字信号，由仪表的微处理机（CPU）对重量信号进行处理后直...

13597235218：行车上面的称重传感器得工作原理
关左残 ：答：总之，行车上的称重传感器通过测量车辆受力情况来确定车辆的重量。它的工作原理是通过感知应变片的形变，将形变转化为电阻变化，再经过电路处理得到车辆重量信息。这种传感器在车辆称重、货物装载等领域具有广泛的应用。

13597235218：称重传感器工作原理
关左残 ：答：称重传感器的工作原理是基于应变测量原理。首先，我们需要了解称重传感器的基本构成，它由弹性体、应变计、检测电路三部分组成。弹性体是一个受力后能够产生变形的物体，应变计则是用来测量这个变形的量的装置，最后的检测电路则将应变计的变化转化为电信号输出。当称重传感器受到外力作用时，弹性体会发生变形...

13597235218：重力感应器的工作原理
关左残 ：答：重力传感器是根据压电效应的原理来工作的，所谓的压电效应就是“对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。重力传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个...

13597235218：重力传感器的工作原理
关左残 ：答：重力传感器的工作原理是基于重力对物体的作用。当物体受到重力作用时，会产生一个与重力方向相反的力，这个力就是重力传感器所要测量的信号。重力传感器内部通常包含一个或多个敏感元件，如压电式、压阻式或电容式传感器等。这些敏感元件能够将重力引起的形变或位移转换成电信号输出。当物体受到重力作用时，...

13597235218：平板电脑的重力传感器是什么?
关左残 ：答：重力传感器是根据压电效应的原理来工作的。 由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。重力传感器的应用： 通过重力传感器测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度，如：有重力感应的手机可以感知屏幕状态，并自动调节屏幕使其保持水平。 通过分析...

13597235218：称重传感器工作原理及应用
关左残 ：答：称重传感器 通常由带有应变片的弹性体组成。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。称重变送模块 要...

13597235218：称重传感器原理是什么,有谁知道?需要关注哪些点
关左残 ：答：一、电阻应变式称重传感器 利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、汉量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件中受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信...

13597235218：电子秤的传感器工作原理是什么样的?
关左残 ：答：电子秤的传感器工作原理：电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理，弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形。电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，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。