電子秤常用的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器講解

電子秤常用的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器講解

稱(chēng)重傳感器是整個(gè)傳感器大家族中歷史最長(zhǎng)、應(yīng)用廣、技術(shù)相對(duì)成熟的一個(gè)分支。我國(guó)稱(chēng)重傳感器的發(fā)展源于軍工企業(yè)中航空航天領(lǐng)域的力學(xué)測(cè)試，其歷史可以追溯到上世紀(jì)六十年代。我國(guó)衡器工業(yè)的快速發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)發(fā)展的進(jìn)程。特別是在近十年當(dāng)中應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，使用數(shù)量的不斷增加，已經(jīng)促使稱(chēng)重傳感器制造形成了一個(gè)強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)群體。對(duì)我國(guó)的衡器工業(yè)，乃至工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)而積極的影響。

一、稱(chēng)重傳感器原理：

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

二、稱(chēng)重傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。稱(chēng)重傳感器可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：衡器制造、冶金、石油化工、食品生產(chǎn)、機(jī)械制造、造紙、鋼鐵、交通、礦山、水泥、紡織等行業(yè)。傳統(tǒng)行業(yè)中的料罐、料斗稱(chēng)重、反應(yīng)釜、平臺(tái)秤、電子秤、皮帶秤、地磅、起重機(jī)、分選機(jī)、包裝秤、TMR飼料攪拌機(jī)、配比稱(chēng)重等領(lǐng)域。新型行業(yè)一般應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)稱(chēng)重，如：智能垃圾箱稱(chēng)重、無(wú)人售貨機(jī)、倉(cāng)儲(chǔ)貨架、無(wú)人超市、自動(dòng)化罐裝、智能稱(chēng)重購(gòu)物車(chē)、食堂稱(chēng)重系統(tǒng)、車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)、醫(yī)療床稱(chēng)重等領(lǐng)域。

三、電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)

1.彈性元件的金屬材料對(duì)稱(chēng)重傳感器的綜合性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。應(yīng)選擇強(qiáng)度極限和彈性極限高、彈性模量時(shí)間和溫度穩(wěn)定性好、彈性滯后小、加工和熱處理引起的殘余應(yīng)力小的材料。有數(shù)據(jù)表明，只要淬火后材料的塑性好，加工熱處理后的殘余應(yīng)力就會(huì)小。要特別注意彈性模量隨時(shí)間的穩(wěn)定性，要求材料的彈性模量在稱(chēng)重傳感器的使用壽命期間不會(huì)發(fā)生變化。

2.應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器在制造過(guò)程中的工作原理和整體結(jié)構(gòu)決定了生產(chǎn)過(guò)程中有些工序必須人工操作，人為因素對(duì)稱(chēng)重傳感器的質(zhì)量影響很大。因此，需要制定科學(xué)、合理、可重復(fù)的制造工藝，增加計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)或半自動(dòng)工藝，最大限度地減少人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

3.稱(chēng)重傳感器的彈性元件、殼體、膜片、上壓頭和下壓墊的設(shè)計(jì)必須保證加載后結(jié)構(gòu)中不發(fā)生性能波動(dòng)，或者性能波動(dòng)很小。因此，在稱(chēng)重傳感器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)變區(qū)的應(yīng)力應(yīng)盡可能單一均勻；貼片位置優(yōu)選是平的；在結(jié)構(gòu)上保證有一定的抵抗偏心荷載和側(cè)向荷載的能力；安裝力遠(yuǎn)離應(yīng)變區(qū)，測(cè)量時(shí)應(yīng)避免承重點(diǎn)位移。雖然稱(chēng)重傳感器是一種組裝產(chǎn)品，但為了保證最佳的技術(shù)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，它盡可能設(shè)計(jì)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

4.加工和熱處理過(guò)程在彈性元件的加工過(guò)程中，不均勻的表面變形會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。切削量越大，殘余應(yīng)力越大，磨削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力最大。因此，需要制定合理的加工工藝，合適的切削參數(shù)。在熱處理過(guò)程中，由于冷卻溫度不均勻和金屬材料的相變，在芯層和表層產(chǎn)生不同方向的殘余應(yīng)力，芯層產(chǎn)生拉應(yīng)力，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。必須采用回火工藝產(chǎn)生相反方向的應(yīng)力，抵消殘余應(yīng)力，減少殘余應(yīng)力的影響。

5.電路補(bǔ)償和調(diào)整應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器屬于組裝和制造，貼片組裝和橋接后形成產(chǎn)品。由于不可避免的內(nèi)部缺陷和外部環(huán)境條件的影響，稱(chēng)重傳感器的一些性能指標(biāo)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此必須進(jìn)行各種電路補(bǔ)償和調(diào)整，以提高稱(chēng)重傳感器本身的穩(wěn)定性和對(duì)外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細(xì)的電路補(bǔ)償技術(shù)是提高稱(chēng)重傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

6.保護(hù)和密封保護(hù)和密封是稱(chēng)重傳感器制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序，是稱(chēng)重傳感器能夠承受客觀環(huán)境和感性環(huán)境的影響，穩(wěn)定可靠工作的根本保證。如果保護(hù)性密封不好，連接到彈性元件上。電阻應(yīng)變片和應(yīng)變膠層都會(huì)吸收空氣中的水分，產(chǎn)生塑化，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度和剛度下降，導(dǎo)致零點(diǎn)漂移和輸出不規(guī)則變化，直至稱(chēng)重傳感器失效。因此，有效的保護(hù)密封是稱(chēng)重傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證，否則，所有的技術(shù)成果都將付諸東流。除了處理上述因素外，提高稱(chēng)重傳感器穩(wěn)定性最重要的途徑是采取各種技術(shù)措施和工藝手段，模擬使用條件，進(jìn)行有效的人工老化試驗(yàn)，盡可能釋放殘余應(yīng)力，使其性能波動(dòng)最小化。

四：電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn):

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)量范圍為幾十克至數(shù)千噸，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，工作可靠，為大部分電子衡器所使用。

電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍廣，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的缺點(diǎn)是存在機(jī)械滯后、蠕變和零漂、應(yīng)變極限，對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線(xiàn)性、輸出信號(hào)較弱，但是可通過(guò)一定措施改進(jìn)。

五、稱(chēng)重傳感器是如何工作的？

要回答"稱(chēng)重傳感器是如何工作的？" 我們首先需要知道"應(yīng)變片是如何工作？"應(yīng)變片是測(cè)量施加力時(shí)電阻變化的裝置。典型的應(yīng)變片由非常細(xì)的線(xiàn)或箔網(wǎng)，以網(wǎng)格模式設(shè)置，當(dāng)沿一個(gè)軸施加應(yīng)變時(shí)，產(chǎn)生線(xiàn)性電阻變化。有多種類(lèi)型的應(yīng)變片可供選擇：

線(xiàn)性應(yīng)變片：連接到應(yīng)變片背的導(dǎo)線(xiàn)與應(yīng)變片的邊緣平行。這些用于測(cè)量軸向應(yīng)變和彎曲應(yīng)變。

剪切應(yīng)變片：連接到應(yīng)變片背的導(dǎo)線(xiàn)以 45o 方向布置到壓力架兩側(cè)。這些用于測(cè)量剪切應(yīng)變。

應(yīng)變片通常與更多應(yīng)變片配合使用，以提高精度。一個(gè)有源應(yīng)變片稱(chēng)為四分之一橋，兩個(gè)有源應(yīng)變片為半橋，四個(gè)有源應(yīng)變片稱(chēng)為全橋。

應(yīng)變片電阻變化在張力稱(chēng)重電池與壓縮稱(chēng)重細(xì)胞不同。張緊力使應(yīng)變片變薄變長(zhǎng)，增加電阻。壓縮力使應(yīng)變片變厚變短，電阻降低。應(yīng)變片粘附在薄背（托架）上，該背襯直接連接到稱(chēng)重單元，使應(yīng)變片能夠體驗(yàn)稱(chēng)重傳感器的應(yīng)變。