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什么是称重传感器?

浏览数量: 发布时间:2020-10-21 来源:朗科精工

称重传感器理论知识


第一节   传感器知识简介


一、什么是传感器?

传感器是将被测的某一物理量(或信号)按一定的规律转换为与其对应的另一种(或同种)物理量(或信号)输出的装置。

被测物理量       传感器        输出物理量

被测物理量

一般为非电物理量,如力、压力、重量、力矩、位移、速度、温度、角度、高度  

输出物理量

一般为易于精确处理的电量或电参量,如电流、电压、电阻、电感、频率。。。

二、传感器的分类

传感器品种

工作原理

可被测量的非电物理量

力/热敏电阻、半导体传感器

阻值变化

力、重量、压力、加速度、温度、湿度、气体

电容传感器

电容量变化

力、重量、压力、加速度、液面、湿度

感应传感器

电感量变化

力、重量、压力、加速度、转矩、磁场

霍尔传感器

霍尔效应

角度、旋进度、力、磁场

压电、超声波传感器

压电效应

压力、加速度、距离

热电传感器

热电效应

烟雾、明火、热分布

光电传感器

光电效应

辐射、角度、旋进度、位移、转矩

三、传感器发展方向

高精度、高灵敏度

高可靠性、宽温度范围、抗干扰强;

微型化(小尺寸、重量轻)和高强度

微功耗及无源化;

智能化、数字化、高响应速率;

互换性好,成本低,安全无污染方向;

抗环境影响(热、振动、酸、碱、水、空气)能力强方向

8、仿生传感器:将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟:

1、光敏——视觉;       2、声敏——听觉;

3、气敏——嗅觉;       4、化学——味觉;

5、压敏、温敏、流体传感器——触觉

第二节   称重传感器工作原理


一、称重传感器的基本知识

1、定义:GB/T7551-2008《称重传感器》

  考虑到使用地点的重力加速度(g)和空气浮力(f)的影响后,通过把其中一种被测量(质量)转换成另外一种被测量(输出)来测量质量的传感器。

被测量(质量)       称重传感器       输出

2、组成

敏感元件+传感元件+测量电路

其中:敏感元件——弹性体;

传感元件——电阻应变计;

测量电路——惠斯通电桥

二、电阻应变计工作原理

以金属材料为转换元件的电阻应变计,其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。

所谓应变效应是指金属导体(电阻丝)的电阻值随变形(伸长或缩短)而发生改变的一种物理现象。如下图所示:

n3-1.png

1、受力前(F=0)电阻值

R=ρ。L/S                          (1)

式中R——金属丝的电阻(Ω);

ρ——金属丝的电阻率(Ω*M);

L——金属丝的长度(m);

S——金属丝的横截面积(m2)(πD2/4)

D——金属丝的直径(m)

2、受力后(F>0)电阻变化值

⊿R=R*Kε                         (2)

式中⊿R——电阻变化量;

R——原始电阻值;

K——应变计的灵敏系数;

ε——轴向应变

结论:金属丝拉伸,电阻值增加;

     金属丝压缩,电阻值减小



3、几种常见的电阻应变计外形

new3-2.jpg

5、我公司常用应变计的阻值(Ω) 350;700;1000 

 三、称重传感器的工作原理 

 1、两个典型的力学模型

new3-3.jpg

当F>0时,R1、R3被拉伸,阻值增大;R2、R4被压缩,阻值减小。

2、惠斯顿电桥

n3-4.png

在应变计的电测技术中,应用最广泛的测量电路是惠斯顿电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点,因此能很好地满足应变测量的要求。

电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种,当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示,它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成。

当R1=R2=R3=R4时,称为等臂电桥;

当(R1=R2≠(R3=R4)时,称为对输出对称电桥;(也称卧式桥)

当(R1=R4(R2=R3)时,称为对电源对称电桥(也称立式桥)

1)、直流电桥的电压输出

根据分压原理,从D-A-C半桥来看,从D经A到C的电压降为Ui,通过R1、R2的电流

I1=Ui/(R1+R2)                         (1)

R2上的电压降为I1R2,代入(1)得

UAC=Ui*R2/(R1+R2)                    (2)

同样,D-B-C半桥的电压降也是Ui,R3上的电压降为:

UBC=Ui*R3/(R3+R4)                    (3)

则输出电压UO是UBC与UAC之间的差,即

公式1

由(4)可知,当桥臂电阻满足如下条件时,即

R1R3=R2R4                       (5)

电桥的输出电压UO=0,电桥处于平衡状态。

为了保证测量的准确性,在实测之前应使电桥平衡(置零),这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。

2)、按上述力学模型解释:

当F=0时,R1R3=R2R4;U0=0;

当F>0时,R1、R3增加,R2、R4减小,U00。

若欲得到与上述电信号相反的结果时,只需将A与C(或B与D)之间的电源正、负极互换即可。

3)、当桥臂电阻的阻值发生变化时,电桥的输出电压也随着发生变化,当R<<R时,其输出电压与电阻变化率R/R(或应变ε)成线性关系。