稱重傳感器的工作原理

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質(zhì)量是七個(gè)基本物理量之一。在實(shí)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(jì)算機(jī)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(jī)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(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),。

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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(jìn)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(gè)類別之一。

• 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
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液壓稱重傳感器通過感測施加到流體上的推力來測量機(jī)械力,。它們具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)活塞是固定不動(dòng)的,。另一個(gè)活塞可在壓力或推力的作用下移動(dòng),。活塞的運(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)檢測到這一變化,。這些類型的稱重傳感器通常是模擬的。

氣動(dòng)稱重傳感器通過感測空氣或氣體壓力來測量機(jī)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(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(jì)稱重傳感器通過感測稱重傳感器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變計(jì)的變形來測量機(jī)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(gè)應(yīng)變片,；兩個(gè)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(gè)平臺(tái)之間。當(dāng)一些重物放在桿（頂部平臺(tái)）上時(shí)，稱重傳感器會(huì)由于施加的力而彎曲,。桿中的兩個(gè)應(yīng)變計(jì)測量張力,，兩個(gè)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(gè)稱重傳感器以惠斯通電橋形式排列，以在典型稱重機(jī)中實(shí)現(xiàn)最大靈敏度,。

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  O# s5 W+ i3 ]1 w% R+ F; Q4 z- D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(gè)平臺(tái)的 Z 形結(jié)構(gòu),。一個(gè)平臺(tái)保持固定不動(dòng)，而另一個(gè)平臺(tái)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(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)以惠斯通結(jié)構(gòu)連接的應(yīng)變計(jì),。桿的兩端有兩個(gè)應(yīng)變片。兩端的一對應(yīng)變片在相等和相反的方向上測量張力和壓縮——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(jì)排列成惠斯通結(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,，惠斯通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,。

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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(lì)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(diǎn)、單端剪切梁,、雙端剪切梁或鋼絲繩稱重傳感器,。

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(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,。

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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(jì)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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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(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)* Z mV/V

其中,，Z 是 mV/V 規(guī)格。

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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(gè)應(yīng)變計(jì)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(gè)應(yīng)變計(jì)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(gè)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(jī)械~啊哈

學(xué)習(xí)了