电子秤学习报告

称重传感器学习报告 电子秤的组成

一.称重传感器： 1.称重传感器常用的技术参数 额定负荷（Fn）：设计规定的称重传感器在其技术指标范围内能够测量的最大负荷。单位：kg , t 。 额定输出（Q n）：称重传感器在没有负荷时和施加额定负荷时的输出信号之代数差。 灵敏度（S）：称重传感器的输出信号与所加的激励电压之比。单位：mv/v 。 非线性（L）：称重传感器的进程校准曲线和理论直线之间的最大偏差与额定输出的百分比。 滞后（H）：称重传感器的回程校准曲线和进程校准曲线之间的最大差与额定输出的百分比。 重复性（R）：在相同的实验条件下，称重传感器三次进程校准曲线之间的大差与额定输出的百分比。 蠕变（Cp）：在实验条件不变的情况下，称重传感器的额定输出随时间的最大变化量与额定输出的百分比。 零点平衡输出：称重传感器在规定激励电压作用下，无负荷时的输出与额定输出的百分比。 输入电阻：称重传感器信号输出端开路且未受负荷作用时，从激励电源的输入端测得的阻抗值。 输出电阻：称重传感器激励电源输入端开路且未受负荷作用时，从信号输出端测

秤台 接线盒

显示仪表 传感器 外设 传感器

秤体（承载器） 得的阻抗值。 2.作用： 将加到秤台上的重量通过弹性体的变形引起电阻应变计的阻值变转变为成比例的电信号输出。 3.分类： 按受力方式分：压式、拉式、梁式和多用式。 按数据输出类型分：模拟传感器（输出为模拟量信号，如电压、电流等）和数字传感器（输出为直接的数字信号，如公斤、吨等）。 按使用温度分：常温传感器（适用于日常工作环境的通用传感器）、高温传感器（是一种专用传感器，适用于冶金、核电等高温环境中）和低温传感器（是一种专用传感器，适用于低于-30℃的低温环境，如冷冻实验）。 按结构分：柱式、桥式、轮辐式、悬臂梁式等。 按工作方式分：电阻式：价格适中、精度高、使用广泛; 电容式：体积小、精度低; 磁浮式：特高精度、造价高;油压式：现市场上已淘汰。 4.传感器的特性： 1.额定载荷; 2.输出灵敏度; 3.非线性; 4.滞后; 5.重复性; 6.蠕变; 7.零点输出影响; 8.额定输出温度影响; 9.零点输入; 10.输入阻抗; 11.输出阻抗; 12. 绝缘阻抗; 13.容许激励电压;(5-18V) 5.传感器的特点： (1).数字式传感器向仪表输入的是数字信号，如数量、重量等；模拟式传感器向仪表输入的是模拟量信号，如电压、电流等。数字式传感器除了具有模拟式传感器的一切优点外，还有以下优点： ①.抗干扰能力很强：不受温度变化的影响，不受电磁干扰； ②数字直观显示，故障容易发现、检修：每只传感器受力的状况或轻微变化都能在仪表上直观的显示出来，出现故障很容易发现并找出是哪只传感器的故障； (2).模拟式传感器由接线盒向仪表输入若干只传感器灵敏度的统一值（几只传感器的灵敏度不同，必须统一输出），并不能反映每只传感器的具体情况，其缺点是：属于新兴传感器，虽然其良好性能已经得到验证，但维修技术还不是特别成熟和普遍，一旦发生故障，维修、换件不太方便，容易耽误客户使用。 (3).柱式传感器的特点是：成本低，体积小（携带、维修方便），密封性能良好，对于潮湿环境很适用，承载能力强；其缺点是灵敏度低（如果添加或减少的重量比较小，则不容易从仪表上显示出来）、稳定性低（容易漂移，读数不准），在一定范围之内抗偏载、抗侧向能力比桥式好，必须安装限位装置（如我司2#岗、槽车地磅）。 (4).轮辐式传感器：传感器本身的高度低，能承受很大的侧向力；抗偏载，对作用力点的变化不敏感；适用于轴重仪等秤体高度低的秤。 (5).悬臂梁式传感器有以下特点：抗偏载能力强、准确度高，传感器受拉伸与压缩时，灵敏度基本相同，所以特别适用于同时受拉和压的测量；外形低、体积小、重量轻，易于安装和维修；缺点是满量程准确度不高。 (6).桥式传感器的特点是：灵敏度高，稳定性强，能自动复位（因为桥式传感器带有钢球），不用安装限位装置；缺点是：在一定范围内，容易受侧向力的影响，误差比柱式大。（如我司改造前的槽车地磅） 6.传感器的组成： 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。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。下面就这三方面简要论述。

（一）．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 = K *ΔL/L （2--6） 其中 K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2--7） 式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便 常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2--6）常写作： ΔR/R = Kε (2—8)

(二）.弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变电信号的转换任务。 设有一带有孔的长方体悬臂梁。孔底部中心是承受纯应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉伸，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出孔底部中心点的应变表达式。 ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9） 其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

三、检测电路 检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。传感器由三部分组成，分别是：弹性体、应变电阻片和检测电路。 弹性体的作用是：传递重物本身重力并施加给应变电阻片；使应变电阻片产生理想的变形，能真实反映力的大小。 变电阻片的作用是：受力变形，本身电阻值发生变化。 检测电路的作用是：将电阻变化情况转换为电信号输出。

★检测电路

现在各种称重传感器中，采用的检测电路大都为惠斯顿电桥的变形。它的功能是把电阻应变片感受到应变后，产生的电阻变化转变为电压信号输出。 设有四个电阻 A B C D 分别将电阻A 和电阻B 串联 ,电阻C 和电阻D 也串联，然后把上述两者并联在一起，最后将并联电路中电阻A和电阻B 之间与电阻C和电阻D 之间用一根导线连接起来，这样的电路就叫惠斯顿电桥 惠斯顿电桥有四个桥臂若只有一个桥臂的电阻阻值发生变化，则我们常称之为四分之一桥；若有两个桥臂的阻值发生变化，我们常称之为半桥；若四个桥臂的阻值均发生变化，那么，我们就称之为全桥。因为全桥式等臂惠斯顿电桥的灵敏度高，各臂参数一致，容易抑制各种干扰，所以在称重传感器中，得到了广泛的应用。 如图：四个电阻R1，R2，R3，R4如图联接，在AC上加入激励电压Vi，我们来观察输出电压V0有多大。