惠斯登电桥在称重传感器中的应用

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1、万方数据传感检测技术[摘要]关键词0引言惠斯登电桥在称重传感器中的应用吴瑞基(新钢公司自动化部，江西新余338001)论述惠斯登电桥应用于称重传感器过程中遇到的诸多问题及解决方案，在此基础上导出称重传感器使用过程中的常见故障及处理方法，对电子衡器检修、检定工作具有很强的指导意义。惠斯登电桥称重传感器应用故障惠斯登电桥在电气测量中应用十分广泛，由于它测量精度高，经常用其制成电桥、电位差计等各种标准计量仪器。然而随着企业贸易结算工作对电子衡器精度要求的逐步提高，使得“进一步提高计量衡器的准确度”成为一个与企业的计量信誉和经济效益直接挂钩的重大而现实的问题，而提高电子衡器的传感精度是解决该问题

2、的途径。所以有效的方法之一是对称重信号的传输电缆增加屏蔽层和反馈线，另外一个有效方法就是将惠斯登电桥应用于称重传感器的测量电路中。1电阻应变式称重传感器1．1基本工作原理电阻应变式称重传感器的基本工作原理是当被测重力作用在其上时，粘附在弹性体上的惠斯登电桥就产生不平衡输出，该输出信号正比于被测重力，从而可以方便地被显示仪表接收并运算，显示出被测重物的质量。在电阻应变式称重传感器中，惠斯登电桥完成：将重力信号转变成电压变量的重要功能。该电压信号可以直接接人数字显示仪表，也可以和其他称重传感器的信号进行串联或并联后输出，实际应用中十分灵活、方便。1．2结构及组成电阻应变式称重传感器(以下简称

3、传感器)的工作过程可以分为3个相互关联的阶段。(1)被测负荷作用在弹性体上，使弹性体产生相应的弹性变形；(2)通过粘贴在弹性体上的电阻应变计，使弹性体的弹性变形转换为电阻应变计的阻值变化(增大或者减小)；(3)再通过惠斯登测量电路将电阻应变计电阻的变化，转换为电信号(电压或电流)输出。由此可以看出，称重传感器是由弹性体、电阻应变计和惠斯登电桥3个主要部分组成的。惠斯登电桥的功能是把电阻应变计的电阻变化量转换为电压信号。一般将粘贴在弹性体上的电阻应变收稿日期：2008-01—09计连接成差动式惠斯登电桥，见图1。圈1恿斯登电桥由于差动式惠斯登电桥的灵敏度高，各臂参数一致，各种干扰的影响可以

4、相互抵消，而且还可以方便地解决称重传感器的补偿问题，所以称重传感器均采用箔式双轴片连接成的差动式惠斯登电桥作为测量电路。图1中，尺。、R：、尺，、R。为应变电阻，以为激励电压，玑为输出电压，根据以上分析，可以得出玑．的输出表达式为：Uo=Ui(R2R4一Rl尺3)／(Rl+R2)(尺3+R4)(1)当R．R，=R：R。时，电桥平衡，此时玑=0。在组桥时，令R。、R，的阻值随弹性体的变形而减小；R：、R。的阻值随弹性体的变形而增加，其变化量分别为：AR。、AR：、AR，、AR．，．则称重传感器受负荷作用时，其输出仉为：vo=UiXR2R4／(R2+心)2×(ARI／Rl+AR2／R2+△R

5、3／R3+△R4／R4)(2)式(1)适合计算称重传感器受载荷作用时的零点平衡输出；而式(2)适合计算称重传感器受载荷作用时的输出电压。2称重传感器的补偿问题电阻应变式称重传感器在贴片组成电桥以后，还需进行一系列的补偿工作才能供电子秤使用。这些工作包括零点补偿、温度补偿、弹性模量补偿等。2．1零点补偿当采用2个箔式双轴片连接成差动式惠斯登电桥te,xtt术1200815期f艏万方数据传感检测技术时，各桥臂电阻很难做到绝对一致。即使精选出电阻值相等的应变计，经过贴片过程，电阻值还会发生一定变化，所以其桥路不平衡是绝对的。使称重传感器在不承重时的输出∽等于零所进行的调整即为零点补偿，零点补偿

6、的方法有桥臂中串联电阻法、并联电阻法和外加电压法3种，比较常用的是串联电阻法。串联电阻法零点补偿的步骤首先是决定零点补偿电阻应串人哪一个桥臂，其次是决定这个电阻值应该是多大，然后决定绕制这个电阻的锰铜丝应该多长，最后用双线无感绕法绕好。经老化处理后再接入传感器桥路，由实验作精细调整，最终应使不平衡输出小于1uV／V。2．2零点温度补偿称重传感器在不承重时的输出，随温度变化而变化，通常叫做零点温度漂移。引起零点温漂的原因很多，如电阻应变计温度系数的不一致、弹性体纵横向膨胀率不同、电阻应变计胶基厚度和固化程度不一致、连线长度不同、焊点质量影响等因素，都将引起电子秤零点不稳定。调整时可以将零点

7、温漂看作是由于4个桥臂的电阻温度系数不一致所引起的，于是可以在某一个桥臂中串联一个温度系数较大的铜或镍、钴镍合金电阻，以提高该桥臂总的电阻温度系数。零点温度补偿和零点补偿都是在桥臂中串联电阻，在做其中某一项调整时一定会影响到另一个，因此这2种补偿要反复多次才能满足要求时，再做零点补偿，然后精细地做零点温度补偿和零点补偿，最终调整结果要同时满足IU。I≤l斗V／V和I△玑l≤1“V／V。2．3弹性模量温度补偿弹性模量温度补偿也叫传感器