称重传感器原理

电阻应变式称重传感器是基于这样个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而成了将外力变换为电信号的过程。

称重传感器

称重传感器

由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中*的几个主要分。下面就这三方面简要论述。

、电阻应变片

电阻应变片是把根电阻丝机械的分布在块有机材料制成的基底上，即成为片应变片。他的个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍下它的意义。

设有个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为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—1）

当他的两端受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 （2—2）

用式（2--1）去除式（2--2）得到

ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以

ΔS/S = 2Δr/r （2—4）

从材料力学我们知道

Δr/r = -μΔL/L （2—5）

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（2—4）（2—5）代入（2--3），有

ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L

=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L

= K *ΔL/L （2--6）

其中

K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2--7）

式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值般在1.7—3.6之间；其次K值是个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便

常常把它的百分之作为单位，记作με。这样，式（2--6）常写作：

ΔR/R = Kε (2—8)

二、弹性体

弹性体是个有特殊形状的结构件。它的能有两个，是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生个的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片理想的成应变枣电信号的转换务。

以称重传感器的弹性体为例，来介绍下其中的应力分布。

设有带有肓孔的长方体悬臂梁。

肓孔底中心是承受纯剪应力，但其上、下分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向为拉神，为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底中心点的应变表达式，而不再推导。

ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）

其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局"情况，而应变片实际感受的是“平均"状态。

三、检测电路

检测电路的能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

因为桥式等臂电桥的灵敏度，各臂参数致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用桥式等臂电桥。