一、稱重傳感器的定義

稱重傳感器是指電子衡器上使用的一種力傳感器，能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)，是在考慮到使用地點(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)量的力的傳感器。

二、電阻應(yīng)變式稱重傳感器的基本原理

電阻應(yīng)變式稱重傳感器主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜四部分組成。稱重傳感器的彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）同時(shí)產(chǎn)生變形。電阻應(yīng)變片變形后，其阻值將發(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)，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

1、電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械地分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上。電阻應(yīng)變片的一個(gè)重要參數(shù)是敏系數(shù)K。當(dāng)其兩端受F力作用時(shí)，將伸長(zhǎng)，也是說(shuō)產(chǎn)生變形。伸長(zhǎng)時(shí)，其橫截面積則縮小，截面圓半徑則減少。電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對(duì)變化）和電阻絲伸長(zhǎng)率（長(zhǎng)度相對(duì)變化）之間成比例的關(guān)系。

需要說(shuō)明的是：敏度系數(shù)K是由制作屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，與應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān)。不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間。其次K值是一個(gè)無(wú)因次量，沒(méi)有量綱。

在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來(lái)表示彈性往往顯得太大，很不，常常把它的百萬(wàn)分作為單位，記作με。

2、彈性體

彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。其功能有兩個(gè)，先是承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次是提供一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想地完成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。

3、檢測(cè)電路

檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了的應(yīng)用。

因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻拿舳葄ui高，各臂參數(shù)，干擾的影響容易相互抵消，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

三、如何選用稱重傳感器

稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問(wèn)題。

稱重傳感器實(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。傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，正確選用傳感器關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的和使用壽命，乃整個(gè)衡器的性和性。

稱重傳感器在選用時(shí)要考慮到很多因素，實(shí)際的使用當(dāng)中我們主要從下列幾個(gè)因素考慮。另外，稱重傳感器的敏度、zui大分度數(shù)、zui小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)。

1. 稱重傳感器的數(shù)量和量程

傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，傳感器的和壽命。

下面給出一個(gè)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)公式。

公式如下：

C=K0 × K1 × K2 × K3 (Wmax+W)/N

式中 C一單個(gè)傳感器的額定量程

W一秤體自重

Wmax一被稱物體凈重的zui大值

N一秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量

K0一保險(xiǎn)系數(shù)，一般取1.2～1.3之間

K1一沖擊系數(shù)

K2一秤體的重心偏移系數(shù)

K3一風(fēng)壓系數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使稱重傳感器在其30%～70%量程內(nèi)工作。但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用稱重傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使稱重傳感器在其量程的20%～30%之內(nèi)工作，使稱重傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量程增大，以稱重傳感器的使用和壽命。稱重傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，安裝，稱量；另一方面，要考慮稱重傳感器制造廠的建議。制造廠一般根據(jù)稱重傳感器的受力情況、指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定稱重傳感器的適用范圍，比如鋁式懸臂梁稱重傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等，鋼式懸臂梁稱重傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等，鋼質(zhì)橋式稱重傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等，柱式稱重傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

2.稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)選擇

稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括稱重傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、敏度等指標(biāo)。在選用的時(shí)候不應(yīng)該盲目追求高等級(jí)的稱重傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級(jí)和成本。一般情況下，選用稱重傳感器的總精度為非線性、不重復(fù)性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。

3.類型稱重傳感器的使用范圍

選用的稱重傳感器須儀表輸入敏度的要求，須能夠與所選儀表匹配，整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由機(jī)械機(jī)構(gòu)、稱重傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)稱重傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使稱重傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、儀表的、秤的工作環(huán)境惡劣程度等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度。因此要從各方面要求，兼顧經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。

4.使用環(huán)境

一般情況下，高溫環(huán)境對(duì)稱重傳感器造成涂覆材料融化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題；粉塵、潮濕對(duì)稱重傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下造成稱重傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場(chǎng)對(duì)稱重傳感器輸出產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的稱重傳感器才能必要的稱重要求。

四、稱重傳感器的分類

A.按受力方式分:壓式 拉式 拉壓式 梁式

B.按彈性體材料分

不銹鋼：主要應(yīng)用在食品、化工、醫(yī)等有腐蝕性環(huán)境的場(chǎng)所；

合鋼：腐蝕性環(huán)境場(chǎng)所；

鋁合：一般使用在量程小、價(jià)格低的市場(chǎng)。

C.按輸出數(shù)據(jù)類別分

模擬稱重傳感器：輸出為模擬信號(hào)，如：電壓信號(hào)（mV）。

數(shù)字稱重傳感器：輸出為數(shù)字信號(hào)（數(shù)字量或數(shù)字編碼），如：RS485。

D.按適用溫度分

常溫：使用在常規(guī)場(chǎng)所，對(duì)溫度沒(méi)有特殊要求。

高溫：使用在冶、核電等溫度較高（一般在100℃）的環(huán)境。

E.按精度

可查閱GB/T7551-1997《稱重傳感器》

F. 按外型結(jié)構(gòu)分

柱式 S型 輪輻式 梁式 單點(diǎn)式等

五、稱重傳感器的基本應(yīng)用

稱重傳感器主要應(yīng)用在電子衡器、工業(yè)控制域、在線控制、過(guò)載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等域。如電子汽車衡、電子臺(tái)秤、電子叉車秤、軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼瓶秤、地磅秤等

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