什么是稱重傳感器？稱重傳感器類型和原理

   什么是稱重傳感器？稱重傳感器工作原理是將壓力或機械力轉(zhuǎn)變成為為可測電信號。而稱重傳感器擁有多種型號及尺寸，根據(jù)各種使用場景選擇不同型號及形狀，其工作原理也各有不同。稱重傳感器使用場景多數(shù)在家庭及工業(yè)應(yīng)用。稱重傳感器在中國的一些應(yīng)用包括個人稱重機、廚房秤、浴室秤、托盤秤和行李稱重機。稱重傳感器的一些工業(yè)應(yīng)用包括巖土工程設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、皮帶秤、料斗秤、軌道秤和車載稱重機。

    稱重傳感器的類型

    稱重傳感器不同類型其形狀、尺寸、應(yīng)用以及其工作原理的區(qū)別也比較大。

    稱重傳感器分類最簡單的方法就是根據(jù)工作原理其進行分類，因此，大部分稱重傳感器都屬于以下三種類型之一。

    ●稱重傳感器的應(yīng)變計

    ●液壓稱重傳感器

    ●氣動稱重傳感器

   應(yīng)變計稱重傳感器通過感知稱重傳感器中一個或多個應(yīng)變計的變形來測量機械力。應(yīng)變稱重傳感器是最常見的稱重傳感器類型。它們有多種形狀和配置。例如，棒式稱重傳感器有四個應(yīng)變片；兩個放在酒吧的兩端。稱重傳感器以Z形排列在稱重秤上的兩個平臺之間。當(dāng)一些重物放置在桿（頂部平臺）上時，稱重傳感器會因施加力而彎曲。桿中的兩個應(yīng)變計測量張力，兩個測量壓縮以檢測由此產(chǎn)生的彎曲變形。桿式稱重傳感器也被稱為彎曲梁式稱重傳感器。

   液壓稱重傳感器通過感知流體上施加的推力來測量機械力。它們有典型的活塞和氣缸設(shè)置，其中流體儲存在兩個活塞之間。其中一個是固定的。另一個活塞可以在壓力或推力下移動?；钊倪\動會導(dǎo)致布爾登管內(nèi)的壓力發(fā)生變化，壓力表會檢測到這種變化。這些類型的稱重傳感器通常是模擬的。

   氣動稱重傳感器通過感知空氣或氣體壓力來測量機械力。它有類似的圓柱形設(shè)置，其中氣缸充滿空氣或氣體，可移動的活塞放置在稱重傳感器的頂部。當(dāng)壓力施加在活塞上時，氣缸內(nèi)的壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致空氣從氣缸底部的噴嘴中逃逸?？諝?氣體施加的壓力由稱重傳感器內(nèi)的壓力表測量。

    應(yīng)變片稱重傳感器的類型

    應(yīng)變片稱重傳感器有多種形狀和設(shè)置。以下是一些常見的類型(基于形狀)及其設(shè)置。

    桿式稱重傳感器：這些也被稱為彎曲梁稱重傳感器。稱重傳感器是一個直桿，桿的兩端都有孔。這些孔用于固定螺釘，以形成兩個平臺的Z形結(jié)構(gòu)。一個平臺保持固定，另一個平臺可以向下彎曲并放置重量。

    桿式稱重傳感器可以有一個應(yīng)變片或多個應(yīng)變片。在單個應(yīng)變片稱重傳感器中，只有一個應(yīng)變片存在于桿的兩端之間。在施加機械力時，應(yīng)變片會根據(jù)其設(shè)置承受拉力或壓力。張力或壓縮改變了應(yīng)變片的電阻值，由放大器電路檢測到。單個應(yīng)變片式稱重傳感器只有三根線，其中兩根線用于激勵（電源電壓和接地），第三根線用于模擬輸出。

    帶有多個應(yīng)變片的桿式稱重傳感器更為常見。這些稱重傳感器通常有四個以結(jié)構(gòu)連接的應(yīng)變計。桿的兩端有兩個應(yīng)變片。兩端的一對應(yīng)變片在相等和相反的方向上測量張力和壓縮——四個應(yīng)變片充當(dāng)壓力相關(guān)的可變電阻器。當(dāng)重物放置在稱重傳感器的加載點時，它會發(fā)生彎曲變形。對于滿量程負載能力，彎曲變形通常在0.1mm到1mm之間。

    由于彎曲變形，應(yīng)變片對在兩端受到拉伸和壓縮，如下圖所示。

    應(yīng)變片沿桿放置，它們可以在桿的彎曲變形上承受最大應(yīng)變。在內(nèi)部，應(yīng)變計排列成結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

    張力下的應(yīng)變片變得更薄和更長。結(jié)果，它的阻力增加了。受壓的應(yīng)變片會變厚變短。結(jié)果，它的阻力降低了。在正常情況下，所有應(yīng)變片的阻值相同，電橋輸出端的電壓差為零。當(dāng)重量放在傳感器上時，應(yīng)變片R1和R3會受到拉力，導(dǎo)致電阻增加，而應(yīng)變片R2和R4會受到壓縮，導(dǎo)致電阻降低。這會在電橋的輸出端產(chǎn)生不同的電壓。輸出電壓在mV范圍內(nèi)并傳遞到放大器電路。

    棒式稱重傳感器至少帶有四根電線。應(yīng)變片的激勵有兩條線，即電源電壓和地線。另外兩條線測量電橋的差分電壓。

    桿式稱重傳感器可以是單點、單端剪切梁、雙端剪切梁或鋼絲繩稱重傳感器。

扭矩稱重傳感器：這些稱重傳感器用于測量扭矩力。扭矩是作用在物體上使其旋轉(zhuǎn)的力。下圖顯示了扭矩稱重傳感器的示例。

    S型稱重傳感器：這些稱重傳感器用于測量懸掛重量。稱重傳感器呈S形，兩端有孔，用于固定懸掛螺栓或桿端。當(dāng)稱重傳感器懸掛重物時，兩端的應(yīng)變計都會受到拉力。如果重物放在稱重傳感器上，兩端的應(yīng)變計都會受到壓縮。拉桿式稱重傳感器也以相同的原理工作。

  罐式稱重傳感器：罐式稱重傳感器類似于圓盤式稱重傳感器。這些稱重傳感器用于大容量測量，如汽車衡、鐵路車輛稱重、料斗秤和農(nóng)業(yè)秤。這些稱重傳感器設(shè)計用于僅測量壓力。

    單應(yīng)變計稱重傳感器：這些稱重傳感器由單個應(yīng)變計組成。應(yīng)變計會根據(jù)其設(shè)置承受拉力或壓力。在拉伸或壓縮下，其輸出電阻發(fā)生變化，由放大電路檢測到。這些稱重傳感器可用作稱重按鈕、平面稱重傳感器和負載銷。通常，四個這樣的稱重傳感器以相等的距離放置在平臺下方以測量重量。

    稱重傳感器輸出

    無論是單應(yīng)變式稱重傳感器還是稱重傳感器，稱重傳感器的輸出電壓都表示為激勵電壓。這是作為滿載容量的mV/V規(guī)范提供的。例如，稱重傳感器的輸出電壓在規(guī)格表中指定為4mV/V。如果勵磁電壓為10V，滿載時，稱重傳感器的輸出電壓為40mV。下式給出了稱重傳感器的輸出電壓–

    V輸出=V激勵*ZmV/V

    其中，Z是mV/V規(guī)格。

    總結(jié)

    重量測量方法是通過稱重傳感器實現(xiàn)的，稱重傳感器擁有不同的形狀、外形尺寸、用例和工作原理，適用于各類應(yīng)用領(lǐng)域。這類稱重傳感器通常是單個應(yīng)變計或稱重傳感器。按照其形狀與設(shè)置，應(yīng)變式稱重傳感器通常是彎曲梁稱重傳感器、按鈕/圓盤型、S型、扭矩稱重傳感器或罐式稱重傳感器。推薦閱讀>>>稱重傳感器精度及精度選擇