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一、稱(chēng)重傳感器的基本知識(shí)

1.定義：稱(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用稱(chēng)重傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。在稱(chēng)重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。

考慮到使用地點(diǎn)的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過(guò)把其中一種被測(cè)量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成另外一種被測(cè)量（輸出）來(lái)測(cè)量質(zhì)量的力傳感器。

被測(cè)量（質(zhì)量）稱(chēng)重傳感器輸出

2.組成

敏感元件+傳感元件+測(cè)量電路

其中：敏感元件——電阻應(yīng)變計(jì)；傳感元件——彈性體；測(cè)量電路——惠斯通電橋

二、電阻應(yīng)變計(jì)工作原理

以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變計(jì)，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應(yīng)變效應(yīng)。

所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長(zhǎng)或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。如下圖所示：

1.受力前（F=0）電阻值

R=ρ*L/S（1）

式中R——金屬絲的電阻（Ω）；ρ——金屬絲的電阻率（Ω*M）；

L——金屬絲的長(zhǎng)度（m）；S——金屬絲的橫截面積（m2）（πD2/4）

D——金屬絲的直徑（m）

2.受力后（F＞0）電阻變化值

⊿R=R*Kε（2）

式中⊿R——電阻變化量；R——原始電阻值；

K——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；ε——軸向應(yīng)變

結(jié)論：金屬絲拉伸，電阻值增加；

金屬絲壓縮，電阻值減小

3.幾種常見(jiàn)的電阻應(yīng)變計(jì)外形

4.電阻應(yīng)變計(jì)的組成部分

5.我公司常用應(yīng)變計(jì)的阻值（Ω）

350；700；1000

三、稱(chēng)重傳感器工作原理

1.兩個(gè)典型的力學(xué)模型

當(dāng)F＞0時(shí)，R1、R3被拉伸，阻值增大；R2、R4被壓縮，阻值減小。

2.惠斯頓電橋

在應(yīng)變計(jì)的電測(cè)技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測(cè)量電路是惠斯通電橋電路。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿(mǎn)足應(yīng)變測(cè)量的要求。

電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng)Ui為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌?。電橋電路如上圖所示，它的四個(gè)橋臂由R1、R2、R3、R4組成。

1)直流電橋的電壓輸出

根據(jù)分壓原理，從D-A-C半橋來(lái)看，從D經(jīng)A到C的電壓降為Ui，通過(guò)R1、R2的電流

I1=Ui/（R1+R2）（1）

R2上的電壓降為I1R2，代入（1）得

UAC=Ui*R2/（R1+R2）（2）

同樣，D-B-C半橋的電壓降也是Ui，R3上的電壓降為：

UBC=Ui*R3/（R3+R4）（3）

則輸出電壓UO是UBC與UAC之間的差，即

R1R3-R2R4

UO=UBC-UAC=Ui（4）

（R1+R2）（R3+R4）

由（4）可知，當(dāng)橋臂電阻滿(mǎn)足如下條件時(shí)，即

R1R3=R2R4（5）

電橋的輸出電壓UO=0，電橋處于平衡狀態(tài)。

為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，在實(shí)測(cè)之前應(yīng)使電橋平衡（置零），這樣輸出電壓只與應(yīng)變計(jì)感受應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。

2)按上述力學(xué)模型解釋?zhuān)?/span>

當(dāng)F=0時(shí)，R1R3=R2R4；U0=0；

當(dāng)F＞0時(shí)，R1、R3增加，R2、R4減小，U0＞0。

若欲得到與上述電信號(hào)相反的結(jié)果時(shí)，只需將A與C（或B與D）之間的電源正、負(fù)極互換即可。

3)當(dāng)橋臂電阻的阻值發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著發(fā)生變化，當(dāng)⊿R<

 

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