称重传感器原理及常见故障解决方法

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1、称重传感器原理及常见故障解决方法梅特勒-托利多（常州）精密仪器有限公司冯志辉【摘要】称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，其工作原理是把加到秤盘上的物体重量转换成与该重量成比例的电信号，然后将输出的电信号放大和A/D转换后由相关电路显示出称重信息。其中电阻应变式称重传感器由于其结构较简单，准确度高，适用面广，稳定性强，且能够在相对比较差的环境下使用，因此在衡器中得到了广泛地运用。本文就电阻应变式称重传感器的应用故障进行了一些探讨。【关键词】称重传感器；放大；电阻应变；衡器Abstract:Load

2、cellisadevicetoconvertaqualitysignalintoameasurableelectricalsignal,itsworkingprincipleistoconvertaqualitysignalintoanelectricalsignalproportionaltotheweight,thentheoutputsignalisshowedafteramplificationandA/Dconversioncircuit.Theresistancestraintypeloadcellhasbee

3、nwidelyusedinthescaleduetoitssimplestructure,highaccuracy,wideapplicationrange,strongstability,andcanbeinarelativelypoorenvironment.Wewilldiscusstheresistancestrainloadcellapplicationinthispaper.Keywords:loadcell；amplify；resistancestrain；scale1引言在现代工业生产尤其是自动化生产过程中

4、，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，这就需要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。电阻应变式称重传感器由于其制作工艺较为简单，加工成本较为低廉，故被企业大批量生产，在我国工业生产过程检测与控制、

5、自动计量等领域已大量应用。2电阻应变式称重传感器的组件电阻应变式称重传感器作为质量—重量转换元件，主要由三部分组成，即电阻应变片、弹性体和测量电路。2.1电阻应变片（传感元件）电阻应变片也称电阻应变计，简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片中（基底）制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。电阻应变片的测量原理：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之

6、外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。ΔR/R=K*ε（1）其中，K为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常—1—用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。我们来介绍一下灵敏系数K的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半

7、径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：R=ρL/S（Ω）（2）当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2（3）用式（3）去除式（2）得到ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S（4）另外，我们知

8、道导线的横截面积S=πr2，则Δs=2πr*Δr，所以ΔS/S=2Δr/r（5）Δr/r=-μΔL/L（6）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（5）（6）代入（3），有ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L=［1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L）］*ΔL/L=K