德國(guó)hbm稱重傳感器的工作原理

德國(guó)hbm稱重傳感器的工作原理
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稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測(cè)量橋路，利用金屬電阻絲在張力作用下伸長(zhǎng)變細(xì)，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的。
一、什么是稱重傳感器？稱重傳感器是用來(lái)將重量信號(hào)或壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。
二、稱重傳感器的構(gòu)造原理。金屬電阻具有阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì)，同一種金屬絲，一般來(lái)講，越是細(xì)長(zhǎng)，其電阻值就越大。當(dāng)金屬電阻絲受外力作用而伸縮時(shí)，其電阻值就會(huì)在某一范圍內(nèi)增減。因此，將金屬絲（或膜）緊貼在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物體受外力而伸縮時(shí)，金屬電阻絲（膜）也會(huì)按比例伸縮，其阻值也會(huì)相應(yīng)變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在金屬稱重梁上進(jìn)行測(cè)量重量信號(hào)的。
稱重傳感器的分類
稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，以電阻應(yīng)變式使用廣。 包括光柵式和碼盤式兩種。
光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)（圖2）。光柵有兩塊，一為固定光柵，另一為裝在表盤軸上的移動(dòng)光柵。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿系統(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表，即可計(jì)算出移過(guò)的莫爾條紋數(shù)量，測(cè)出光柵轉(zhuǎn)動(dòng)角的大小，從而確定和讀出被測(cè)物質(zhì)量。
碼盤式傳感器（圖3）的碼盤（符號(hào)板）是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿使表盤軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤也隨之轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。光電池將透過(guò)碼盤接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理，后在顯示器上顯示出代表被測(cè)質(zhì)量的數(shù)字。光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。 它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關(guān)系工作(圖6 )。極板有兩塊，一塊固定不動(dòng)，另一塊可移動(dòng)。在承重臺(tái)加載被測(cè)物時(shí)，板簧撓曲，兩極板之間的距離發(fā)生變化，電路的振蕩頻率也隨之變化。測(cè)出頻率的變化即可求出承重臺(tái)上被測(cè)物的質(zhì)量。電容式傳感器耗電量少，造價(jià)低，準(zhǔn)確度為1/200～1/500。
主要優(yōu)點(diǎn)
電阻、電感和電容是電子技術(shù)中的三大類無(wú)源元件，電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器，它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。
電容式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)高阻抗，小功率，僅需很低的輸入能量。
(2)可獲得較大的變化量，從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，工作頻率可達(dá)幾兆赫，稠b接觸測(cè)量，被測(cè)物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可。
(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．適應(yīng)性強(qiáng)，可在高低溫、強(qiáng)輻射等惡劣的環(huán)境下工作，應(yīng)用較廣。
隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電容式傳感器所存在的易受干擾和易受分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服，而且還開(kāi)發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器：因此它在非電量測(cè)量和自動(dòng)檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量壓力、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、A度、厚度、液位、濕度、振動(dòng)、成分含量等參數(shù)。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景。
主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)一：輸出阻抗高，負(fù)載能力差
缺點(diǎn)二：輸出特性非線性
缺點(diǎn)三：寄生電容影響大 彈性元件受力后，其固有振動(dòng)頻率與作用力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力，進(jìn)而求出其質(zhì)量。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí)，V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下，且左弦的拉力增大，右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差，即可求出被測(cè)物的質(zhì)量。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高，可達(dá)1/1000～1/10000，稱量范圍為100克至幾百千克，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價(jià)高。
音叉式傳感器的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩，并可測(cè)出振蕩頻率。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí)，音叉拉伸方向受力而固有頻率增加，增加的程度與施加力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力，進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小，計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000～1/200000，稱量范圍為500g～10kg。 如圖10所示，轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接，并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。外框架經(jīng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接，并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí)，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)（進(jìn)動(dòng)）。進(jìn)動(dòng)角速度ω與外力P/2成正比，通過(guò)檢測(cè)頻率的方法測(cè)出ω，即可求出外力大小，進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測(cè)物的質(zhì)量。
陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒)，無(wú)滯后現(xiàn)象，溫度特性好（3ppm）， 振動(dòng)影響小， 頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000～1/60000)。 1.定義數(shù)字稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置，它主要是指集電阻應(yīng)變式稱重傳感器、電子放大器（英文簡(jiǎn)稱AMC）、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)（英文簡(jiǎn)稱ADC）、微處理器（簡(jiǎn)稱MCU）于一體的新型傳感器。
2.特點(diǎn)和應(yīng)用
數(shù)字稱重傳感器和數(shù)字計(jì)量?jī)x表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱重技術(shù)領(lǐng)域的新寵，其以調(diào)試簡(jiǎn)便、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)正在該領(lǐng)域嶄露頭角。
3.S型定義
S型稱重傳感器如圖所示是傳感器中為常見(jiàn)的一種傳感器,主要用于測(cè)固體間的拉力和壓力，通用也人們也稱之為拉壓力傳感器，因?yàn)樗耐庑蜗馭形狀，所以習(xí)慣上也稱S型稱重傳感器，此傳感器采用合金鋼材質(zhì)，膠密封防護(hù)處理，安裝容易，使用方便，適用于吊秤，配料秤，機(jī)改秤等電子測(cè)力稱重系統(tǒng)。