称重传感器的工作原理

量量是七个根本物理量之一。在现实应用中，量量凡是以物体重量的形式表现。重量是因为物体的量量而感化在物体上的重力。

若何丈量物体的重量？它是通过感应它在重力影响下施加的压力来完成的。通过感测施加的压力来丈量重量的安装称为称重传感器。应变片称重传感器十分遍及，间接与微控造器和微型计算机毗连。在本文中，我们将讨论差别类型的称重传感器和仪表称重传感器。

称重传感器传感器将压力或机械力转换为可丈量的电信号。称重传感器有多种变体，其尺寸、外形和工做原理各不不异。称重传感器凡是用于家庭和工业应用。称重传感器在国内的一些应用包罗小我称重机、厨房秤、浴室秤、托盘秤和行李称重机。称重传感器的一些工业应用包罗岩土工程设备、医疗设备、皮带秤、料斗秤、轨道秤和车载称重机。

称重传感器的尺寸、外形、应用和工做原理有很大差别。对称重传感器停止分类的最简双方法是按工做原理分类。基于此，几乎所有称重传感器都属于以下三个类别之一。

液压称重传感器通过感测施加到流体上的推力来丈量机械力。它们具有典型的活塞和气缸设置，此中流体贮存在两个活塞之间。此中一个活塞是固定不动的。另一个活塞可在压力或推力的感化下挪动。活塞的运动会招致布尔登管内的压力发作变革，压力表会检测到那一变革。那些类型的称重传感器凡是是模仿的。

气动称重传感器通过感测空气或气体压力来丈量机械力。它具有类似的圆柱形设置，此中气缸充满空气或气体，而且可挪动的活塞放置在称重传感器的顶部。当压力施加在活塞上时，气缸内的气压发作变革，招致空气从气缸底部的喷嘴中逸出。逸出的空气/气体施加的压力由称重传感器内的压力表丈量。

应变计称重传感器通过感测称重传感器内的一个或多个应变计的变形来丈量机械力。应变式称重传感器是最常见的称重传感器类型。它们有多种外形和设置装备摆设。例如，棒型称重传感器有四个应变片；两个放置在酒吧的两头。称重传感器以 Z 形摆列在称重秤上的两个平台之间。当一些重物放在杆（顶部平台）上时，称重传感器会因为施加的力而弯曲。杆中的两个应变计丈量张力，两个丈量压缩以检测由此产生的弯曲变形。杆式称重传感器也称为弯曲梁式称重传感器。

四个称重传感器以惠斯通电桥形式摆列，以在典型称重机中实现更大灵敏度。

应变片称重传感器有多种外形和设置。以下是一些常用类型（基于外形）及其设置。

杆式称重传感器：那些也称为弯曲梁称重传感器。称重传感器是一根曲杆，杆的两头都有孔。那些孔用于固定螺钉，以构成具有两个平台的 Z 形构造。一个平台连结固定不动，而另一个平台能够向下弯曲并在其上放置重量。上图显示了杆式称重传感器的示例。

杆式称重传感器能够有一个应变片或多个应变片。在单个应变片称重传感器中，只要一个应变片存在于杆的两头之间。在施加机械力时，应变片会按照其设置接受拉力或压力。张力或压缩改动了应变片的电阻值，由放大器电路检测到。单个应变片式称重传感器只要三根线，此中两根线用于鼓励（电源电压和接地），第三根线用于模仿输出。

带有多个应变片的杆式称重传感器更为常见。那些称重传感器凡是有四个以惠斯通构造毗连的应变计。杆的两头有两个应变片。两头的一对应变片在相等和相反的标的目的上丈量张力和压缩——四个应变片充任压力相关的可变电阻器。当重物放置在称重传感器的加载点时，它会发作弯曲变形。关于满量程负载才能，弯曲变形凡是在 0.1mm 到 1mm 之间。

因为弯曲变形，应变片对在两头遭到拉伸和压缩，如下图所示。

应变片沿杆放置，它们能够在杆的弯曲变形上接受更大应变。在内部，应变计摆列成惠斯通构造，如下图所示。

张力下的应变片变得更薄和更长。成果，它的阻力增加了。受压的应变片会变厚变短。成果，它的阻力降低了。在一般情况下，所有应变片的阻值不异，惠斯通电桥输出端的电压差为零。当重量放在传感器上时，应变片 R1 和 R3 会遭到拉力，招致电阻增加，而应变片 R2 和 R4 会遭到压缩，招致电阻降低。那会在惠斯通电桥的输出端产生差别的电压。输出电压在 mV 范畴内并传递到放大器电路。

惠斯通棒式称重传感器至少带有四根电线。应变片的鼓励有两条线，即电源电压和地线。别的两条线丈量惠斯通电桥的差分电压。

杆式称重传感器能够是单点、单端剪切梁、双端剪切梁或钢丝绳称重传感器。

S 型称重传感器：那些称重传感器用于丈量悬挂重量。称重传感器呈 S 形，两头有孔，用于固定悬挂螺栓或杆端。当称重传感器悬挂重物时，两头的应变计城市遭到拉力。若是重物放在称重传感器上，两头的应变计城市遭到压缩。拉杆式称重传感器也以不异的原理工做。

单应变计称重传感器：那些称重传感器由单个应变计构成。应变计会按照其设置接受拉力或压力。在拉伸或压缩下，其输出电阻发作变革，由放大电路检测到。那些称重传感器可用做称重按钮、平面称重传感器和负载销。凡是，四个如许的称重传感器以相等的间隔放置在平台下方以丈量重量。

罐式称重传感器：罐式称重传感器类似于圆盘式称重传感器。那些称重传感器用于大容量丈量，如汽车衡、铁路车辆称重、料斗秤和农业秤。那些称重传感器设想用于仅丈量压力。

扭矩称重传感器：那些称重传感器用于丈量扭矩力。扭矩是感化在物体上使其扭转的力。下图显示了扭矩称重传感器的示例。

无论是单应变式称重传感器仍是惠斯通称重传感器，称重传感器的输出电压都暗示为鼓励电压。那是做为满载容量的 mV/V 标准供给的。例如，称重传感器的输出电压在规格表中指定为 4mV/V。若是励磁电压为10V，满载时，称重传感器的输出电压为40mV。下式给出了称重传感器的输出电压 –

V输出= V鼓励* Z mV/V

此中，Z 是 mV/V 规格。

重量丈量是利用称重传感器完成的，称重传感器具有各类外形、尺寸、用例和工做原理，适用于各类应用。那些称重传感器能够是单个应变计或惠斯通称重传感器。按照其外形和设置，应变式称重传感器能够是弯曲梁称重传感器、按钮/圆盘型、S 型、扭矩称重传感器或罐式称重传感器。以至单个应变计称重传感器也经常用于惠斯通设置装备摆设以获得更大灵敏度。