电阻应变式传感器的工作原理

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）来测量质量的力传感器。  

   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——电阻应变计；   传感元件——弹性体；       测量电路——惠斯登电桥 

二、电阻应变式传感器的工作原理 

    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。如图所示： 

1）受力前（F=0）电阻值        R ρL/S   （1）                             

2）受力后（F＞0）电阻变化值  ⊿R=R*Kε （2）  

    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 

 4）电阻应变计的组成部分 

 5）我公司常用应变计的阻值（Ω） 

    350；700；1000 

 1. 两个典型的力学模型 

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 

    在应变计的电测技术中，应用泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、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。 

 1) 直流电桥的电压输出 

    则输出电压 U 是 U 与 U 之间的差，即 

    由（3）可知，当桥臂电阻满足如下条件时，即 

          R1R3=R2R4                       （4） 

    电桥的输出电压 U0=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，U0＞0。 

    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。 

三、称重测力传感器的分类 

1 按受力方式分类 

                                                           等。 

2 按弹性体材料分类 

    不锈钢：主要应用在食品、化工、医药等有腐蚀性环境的场所；  

    合金钢：适用于无腐蚀性或腐蚀性不强的环境场所； 

    铝合金：一般使用在小量程等商用衡器场所。 

3 按输出数据类别分类 

   模拟式传感器：输出为模拟量信号，如电压、电流等； 

   数字式传感器：输出信号为数字信号，如 RS485、RS422。 

4 按适用温度分类 

   常温：使用在常规场所，对温度没有特殊要求； 

   高温（超高温）：使用在冶金、核电等温度较高的环境； 

   低温：使用在温度低于-30℃的场所，如冷冻试验。 

5 按准确度级别分类 

   根据传感器的综合性能分为 A、B、C、D 四个级别。 

6 按结构分 

    1）柱式；2）剪切梁式；3）平行梁式；4）板环式；5）S 型；6）弯曲梁式;7)扭环式；8）轮辐式等。 

五、称重测力传感器的基本应用 

   主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制计量、安全过载报警、材料实验机等领域。 

    1）、电子汽车衡；2）、电子台秤；3）、电子叉车秤；4）、动态轴重秤；5）、电子吊钩秤；6）、电子计价秤；7）、电子钢材秤；8）、电子轨道衡；9）、连续累计自动衡器；10）、重力式自动衡器；11）、自动分检衡器；12）、重量限制器；13）过载保护器；14）、称重模块（用于料斗秤、配料秤、罐装秤及工业领域）