称重传感器工作原理

称重传感器的原理（一）

电阻应变式称重传感器[3]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，使粘贴在它表面的电阻应变片（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。

由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

电阻应变片

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

R=ρL/S（Ω）（2—1）

当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2（2—2）

用式（2--1）去除式（2--2）得到

ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S（2—3）

另外，我们知道导线的横截面积S=πr2，则Δs=2πr*Δr，所以

ΔS/S=2Δr/r（2—4）

从材料力学我们知道

Δr/r=-μΔL/L（2—5）

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有

ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L

=（1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L

称重传感器的原理及应用

随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已普遍地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，专门是随着微处置机的显现，工业生产进程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为进程操纵中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测和吊车秤、汽车秤等计测操纵，到混合分派多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量操纵等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。

1．高速定量分装系统

本系统由微机操纵称重传感器的称重和比较，并输出操纵信号，执行定值称量，操纵外部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务。

系统采纳MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处置器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后，输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处置器中，其数字量由微机进行处置。微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面那么进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值操纵。

图1 原理框图

在整个定值分装操纵系统中，称重传感器是阻碍电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重测力传感器。四片电阻应变片组成全桥桥路，在所加桥压U不变的情形下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的转变直接阻碍电子称的测量精度，因此要求桥压很稳固。毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031按时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由按时器0作计数按时，按时器0的定不时刻由要求的A/D转换分辩率设定。按时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在显示的同时，运算机还依照设定值与测量值进行定值判定。测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不足，那么继续送料和显示测量值。一旦重量相等或大于给定值，操纵接口输出操纵信号，操纵外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料终止，可进行下袋的装料称重。

1

称重传感器的原理及应用

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。称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，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)。

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，那么，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计粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。

称重传感器的外形构造与测重形式,变频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：柱式；S 型；轮辐式；环式；碟式；箱形等。

B．测重形式：正应力测量(柱型、单点式等)，剪应力测量(双剪切梁式、部分S 型、轮辐式等)又可分为压式(柱式、碟式等)、拉式(部分S 型传感器、环式传感器)、拉压两用(部分柱式、轮辐式、S 型等)

C．弹性元件内部应变梁的结构形式：平行梁、剪切梁等

D．不同结构形式的传感器的应用对象：柱式——大吨位汽车衡、轮道衡、料斗秤、料罐秤，试验机，力值监控与测量等；S 型——用于料斗秤、料罐秤、包装机，材料试验机等；双剪切梁式——汽车衡、轨道衡等；单点式——天平、计价秤、计数秤、平台秤，工业现场重量控制及测量；

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计受到载荷时的电阻变化。通常采用应变计组成桥式电路(惠斯登电桥)，将应变计引起的电阻变化转换成电压变化来进行测量的。

变频传感器的输出灵敏度的表示方法,传感器响应(输出)的变化对相应的激励(施加的载荷)变化的比。传感器的输出灵敏度采用额定载荷状态电桥的输出电压与输入激励电压之比值(mV/V)来表示。通常称传感器的输出灵敏度。

称重传感器的原理及应用

随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。

1．高速定量分装系统

本系统由微机控制称重传感器的称重和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务。

系统采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后，输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中，其数字量由微机进行处理。微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面则进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。

图1 原理框图

在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重测力传感器。四片电阻应变片构成全桥桥路，在所加桥压U不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的变化直接影响电子称的测量精度，所以要求桥压很稳定。毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。

定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在显示的同时，计算机还根据设定值与测量值进行定值判断。测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不足，则继续送料和显示测量值。一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料结束，可进行下袋的装料称重。