稱重傳感器原理

電阻應變式稱重傳感器是基于這樣個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化（增大或減小），再經相應的測量電路把這電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而成了將外力變換為電信號的過程。

稱重傳感器

稱重傳感器

由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中*的幾個主要分。下面就這三方面簡要論述。

、電阻應變片

電阻應變片是把根電阻絲機械的分布在塊有機材料制成的基底上，即成為片應變片。他的個重要參數是靈敏系數K。我們來介紹下它的意義。

設有個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：

R = ρL/S（Ω） （2—1）

當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。

對式（2--1）求微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：

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，我們知道導線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以

ΔS/S = 2Δr/r （2—4）

從材料力學我們知道

Δr/r = -μΔL/L （2—5）

其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數。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））說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。

需要說明的是：靈敏度系數K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的個常數，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值般在1.7—3.6之間；其次K值是個無因次量，即它沒有量綱。

在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便

常常把它的百分之作為單位，記作με。這樣，式（2--6）常寫作：

ΔR/R = Kε (2—8)

二、彈性體

彈性體是個有特殊形狀的結構件。它的能有兩個，是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產生個的應變場（區），使粘貼在此區的電阻應變片理想的成應變棗電信號的轉換務。

以稱重傳感器的彈性體為例，來介紹下其中的應力分布。

設有帶有肓孔的長方體懸臂梁。

肓孔底中心是承受純剪應力，但其上、下分將會出現拉伸和壓縮應力。主應力方向為拉神，為壓縮，若把應變片貼在這里，則應變片上半將受拉伸而阻值增加，而應變片的下半將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底中心點的應變表達式，而不再推導。

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--揚氏模量：μ—泊松系數；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。

需要說明的是，上面分析的應力狀態均是“局”情況，而應變片實際感受的是“平均”狀態。

三、檢測電路

檢測電路的能是把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。

因為橋式等臂電橋的靈敏度，各臂參數致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用橋式等臂電橋。