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(jī)械力轉(zhuǎn)變成為為可測(cè)電信號(hào)。而稱重傳感器擁有多種型號(hào)及尺寸，根據(jù)各種使用場(chǎng)景選擇不同型號(hào)及形狀，其工作原理也各有不同。稱重傳感器使用場(chǎng)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(gè)人稱重機(jī)、廚房秤、浴室秤、托盤秤和行李稱重機(jī)。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(jī)。

    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(jìn)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(jì)

    ●液壓稱重傳感器

    ●氣動(dòng)稱重傳感器

   應(yīng)變計(jì)稱重傳感器通過感知稱重傳感器中一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變計(jì)的變形來測(cè)量機(jī)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(gè)應(yīng)變片；兩個(gè)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(gè)平臺(tái)之間。當(dāng)一些重物放置在桿（頂部平臺(tái)）上時(shí)，稱重傳感器會(huì)因施加力而彎曲。桿中的兩個(gè)應(yīng)變計(jì)測(cè)量張力，兩個(gè)測(cè)量壓縮以檢測(cè)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(cè)量機(jī)械力。它們有典型的活塞和氣缸設(shè)置，其中流體儲(chǔ)存在兩個(gè)活塞之間。其中一個(gè)是固定的。另一個(gè)活塞可以在壓力或推力下移動(dòng)?；钊倪\(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致布爾登管內(nèi)的壓力發(fā)生變化，壓力表會(huì)檢測(cè)到這種變化。這些類型的稱重傳感器通常是模擬的。

   氣動(dòng)稱重傳感器通過感知空氣或氣體壓力來測(cè)量機(jī)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(dòng)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(shí)，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。空氣/氣體施加的壓力由稱重傳感器內(nèi)的壓力表測(cè)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(gè)直桿，桿的兩端都有孔。這些孔用于固定螺釘，以形成兩個(gè)平臺(tái)的Z形結(jié)構(gòu)。一個(gè)平臺(tái)保持固定，另一個(gè)平臺(tái)可以向下彎曲并放置重量。

    桿式稱重傳感器可以有一個(gè)應(yīng)變片或多個(gè)應(yīng)變片。在單個(gè)應(yīng)變片稱重傳感器中，只有一個(gè)應(yīng)變片存在于桿的兩端之間。在施加機(jī)械力時(shí)，應(yīng)變片會(huì)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(cè)到。單個(gè)應(yīng)變片式稱重傳感器只有三根線，其中兩根線用于激勵(lì)（電源電壓和接地），第三根線用于模擬輸出。

    帶有多個(gè)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(gè)以結(jié)構(gòu)連接的應(yīng)變計(jì)。桿的兩端有兩個(gè)應(yīng)變片。兩端的一對(duì)應(yīng)變片在相等和相反的方向上測(cè)量張力和壓縮——四個(gè)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(diǎn)時(shí)，它會(huì)發(fā)生彎曲變形。對(duì)于滿量程負(fù)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(duì)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(jì)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(huì)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(shí)，應(yīng)變片R1和R3會(huì)受到拉力，導(dǎo)致電阻增加，而應(yīng)變片R2和R4會(huì)受到壓縮，導(dǎo)致電阻降低。這會(huì)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(lì)有兩條線，即電源電壓和地線。另外兩條線測(cè)量電橋的差分電壓。

    桿式稱重傳感器可以是單點(diǎn)、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(cè)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(cè)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(shí)，兩端的應(yīng)變計(jì)都會(huì)受到拉力。如果重物放在稱重傳感器上，兩端的應(yīng)變計(jì)都會(huì)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(cè)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(jì)用于僅測(cè)量壓力。

    單應(yīng)變計(jì)稱重傳感器：這些稱重傳感器由單個(gè)應(yīng)變計(jì)組成。應(yīng)變計(jì)會(huì)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(cè)到。這些稱重傳感器可用作稱重按鈕、平面稱重傳感器和負(fù)載銷。通常，四個(gè)這樣的稱重傳感器以相等的距離放置在平臺(tái)下方以測(cè)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(lì)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(lì)磁電壓為10V，滿載時(shí)，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(lì)*ZmV/V

    其中，Z是mV/V規(guī)格。

    總結(jié)

    重量測(cè)量方法是通過稱重傳感器實(shí)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(gè)應(yīng)變計(jì)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