稱重傳感器的工作原理

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質(zhì)量是七個基本物理量之一,。在實際應(yīng)用中,，質(zhì)量通常以物體重量的形式體現(xiàn)。重量是由于物體的質(zhì)量而作用在物體上的重力,。

如何測量物體的重量,？它是通過感應(yīng)它在重力影響下施加的壓力來完成的。通過感測施加的壓力來測量重量的裝置稱為稱重傳感器,。應(yīng)變片稱重傳感器非常普遍,，直接與微控制器和微型計算機連接。在本文中,，我們將討論不同類型的稱重傳感器和儀表稱重傳感器,。

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什么是稱重傳感器

稱重傳感器傳感器將壓力或機械力轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。稱重傳感器有多種變體,，其尺寸,、形狀和工作原理各不相同。稱重傳感器通常用于家庭和工業(yè)應(yīng)用。稱重傳感器在國內(nèi)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。

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稱重傳感器的類型

稱重傳感器的尺寸,、形狀,、應(yīng)用和工作原理有很大差異。對稱重傳感器進行分類的最簡單方法是按工作原理分類,�,；�于��,，幾乎所有稱重傳感器都屬于以下三個類別之一,。

• 液壓稱重傳感器
• 氣動稱重傳感器
• 應(yīng)變計稱重傳感器
  

液壓稱重傳感器通過感測施加到流體上的推力來測量機械力,。它們具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,。其中一個活塞是固定不動的。另一個活塞可在壓力或推力的作用下移動,�,；钊�的運動會導(dǎo)致布爾登管內(nèi)的壓力發(fā)生變化，壓力表會檢測到這一變化,。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測空氣或氣體壓力來測量機械力。它具有類似的圓柱形設(shè)置,，其中氣缸充滿空氣或氣體,，并且可移動的活塞放置在稱重傳感器的頂部。當壓力施加在活塞上時,，氣缸內(nèi)的氣壓發(fā)生變化,，導(dǎo)致空氣從氣缸底部的噴嘴中逸出。逸出的空氣/氣體施加的壓力由稱重傳感器內(nèi)的壓力表測量,。

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應(yīng)變計稱重傳感器通過感測稱重傳感器內(nèi)的一個或多個應(yīng)變計的變形來測量機械力,。應(yīng)變式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,，棒型稱重傳感器有四個應(yīng)變片；兩個放置在酒吧的兩端。稱重傳感器以 Z 形排列在稱重秤上的兩個平臺之間,。當一些重物放在桿（頂部平臺）上時,，稱重傳感器會由于施加的力而彎曲。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,。桿式稱重傳感器也稱為彎曲梁式稱重傳感器。

四個稱重傳感器以惠斯通電橋形式排列,，以在典型稱重機中實現(xiàn)最大靈敏度,。

* W" ^& T; O) f$ o* v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。以下是一些常用類型（基于形狀）及其設(shè)置,。

桿式稱重傳感器：這些也稱為彎曲梁稱重傳感器,。稱重傳感器是一根直桿，桿的兩端都有孔,。這些孔用于固定螺釘,，以形成具有兩個平臺的 Z 形結(jié)構(gòu)。一個平臺保持固定不動,，而另一個平臺可以向下彎曲并在其上放置重量,。上圖顯示了桿式稱重傳感器的示例。

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惠斯通結(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)變片充當壓力相關(guān)的可變電阻器,。當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,。

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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)變計排列成惠斯通結(jié)構(gòu)，如下圖所示,。

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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，惠斯通電橋輸出端的電壓差為零,。當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。這會在惠斯通電橋的輸出端產(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,。

惠斯通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。另外兩條線測量惠斯通電橋的差分電壓,。

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,。

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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,。

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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。

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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。

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。

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+ K8 N: l" T& v1 A8 m- w稱重傳感器輸出

無論是單應(yīng)變式稱重傳感器還是惠斯通稱重傳感器,，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* Z mV/V

其中，Z 是 mV/V 規(guī)格,。

結(jié)論

重量測量是使用稱重傳感器完成的,，稱重傳感器具有各種形狀、尺寸,、用例和工作原理,，適用于各種應(yīng)用。這些稱重傳感器可以是單個應(yīng)變計或惠斯通稱重傳感器,。根據(jù)其形狀和設(shè)置,，應(yīng)變式稱重傳感器可以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。甚至單個應(yīng)變計稱重傳感器也經(jīng)常用于惠斯通配置以獲得最大靈敏度,。

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鴻飛九天

這個好,，又學(xué)到了新知識

喂我袋鹽

稱重傳感器,，不要變送器行不行，直接送plc,？

機械~啊哈

學(xué)習(xí)了