几种常见地磅称重传感器的技术分析

本文具体介绍了地磅的9种常见称重传感器的丈量原j，比较了它们的优毛病，对地磅的选用供给了一定的领导作用。
0.引言
地磅是利用称量原理，判断物体的品质或作为品质 函数的其它量值、数值、参数或特点的一种计量仪器,包 括各种情势的天平跟秤。地磅厂家将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。天平通常是进行品质量值传递 跟精巧称量用的高正确度或特种正确度的衡器;而秤则 是生产进程或贸易流畅范畴中直接称量用的个别正确度 或中等正确度的衡器。
地磅的结构重要是由承重体系、传力转换体系 (即传感器）、示值体系（显示器）三大局部组成，其工作 原理是以机械或电子的方法均衡被测物重力’通过传感 器将力转换成可能检出的电信号并予以显示。称重传感 器是电子衡器的要害部件，依据其工作原理,分为电阻应 变片式、电磁力均衡式、电容式、光电式、液压式、振动式、 磁极变情势、陀螺仪式、光纤光栅式等9大类。
1.电阻应变片式传感器
金属导体的电阻值可用下式表示：
=p |
　　(1)
式中:p一金属导体的电阻率(Q * cmVm)；
S—导体的截面积(cm2);
L 一导体的长度（m)。
电阻应变片式传感器是将应变片受力形变转换为电 信号的敏感器件。电阻应变片通过特别的黏合剂周到粘 合于基体上，当基体受力产生形变时，应变片同时产生形 变，从而使应变片的阻值产生转变，经惠斯顿电桥，如图 1所示，将电阻变更转化为电（电压或电流）信号，从而完 成了将外力变更为电信号的进程。
电阻应变片式传感器普遍利用于地磅中,其称 量范畴为多少十克到数千吨，精度达1/1000 ~ l/10000o 其优点是正确度高、丈量范畴广、频响特点好、结构简单、 易于实现小型化、整体化跟品种多样化、能在恶劣前提下 工作、寿命长;它的毛病是机械滞后、蠕变跟零漂、应变极 限、对大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可能 通过一定办法改进。
2.电磁力均衡式传感器
电磁力均衡式传感器的称重进程基于安培力实现。 如图2,在导线上加上秤盘，秤盘及导线自身具备的重力 方向朝下，而通电导线受到向上的电磁力，当通过导线的 电流值达到某一值时，这两个力彼此均衡，此时传感器就 处于均衡状况。在秤盘上加载重物后，向下的重力增加， 秤盘天然就朝下挪动，传感器就处于不均衡状况，如须要 再次达到均衡状况，就须要加大通过导线的电流，使得由 电流产生的电磁力大小与加上物体后受到的重力相等， 秤盘才恢复到均衡位置。电磁力均衡传感器依附载流线 圈在恒定直流磁场中产生的电磁力与被测品质的重力平 衡，实现被测品质的电信号转换。
电磁力均衡传感器普遍用于电子剖析天平，是精巧品质称量的常用传感器,精度达1/2000 ~ 1/60000，称量 范畴在多少十毫克到十千克之间。地磅厂家将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。其优点是丈量辨别率 髙、价格适合，灵敏坚固、在精巧品质称量、加速度丈量、 化学反应监测、水分检测等范畴被普遍利用。该技巧的 毛病是对传感器的生产前提请求较高，目前世界上只有 为数未几的多少家大厂控制这种技巧。
3.电容式传感器
电容式传感器是一种把被测的机械量,如压力、位移 等转换为电容量变更的传感器。其敏感部件电容器通常 由极间充斥空气的两个平行电极组成，如图3所示。 忽视边沿效应，平板电容器的电容为：
 
 
式中:s—极间介质的介电常数 A一两电极彼此笼罩的有效面积 5—两电极间的间隔
5 三个参数均可引起电容量变更，电容式传感 器对应分为极距变更型、面积变更型、介量变更型三类。 极距变更型个别用来丈量渺小的线位移或因为力、压力、 振动等引起的极距变更。
电容式传感器精度达1/200 ~ 1/500。其优点是灵 敏度高、动态响应特点好、结构简单、价格廉价、过载才干 强、耗电量少、造价低、对高温、辐射、强振等恶劣前提的 适应性强;其毛病是输出有非线性、寄生电容跟散布电容 对灵敏度跟丈量精度的影响较大等。此类传感器目前应 用十分稀少。
光电式传感器
光电式传感器包含光栅式跟码盘式两种。
（1）光栅式
光栅式传感器的工作原理是将光栅形成的莫尔条纹 角位移转换成光电信号。地磅厂家将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。有两块光栅，一块光栅装在表 盘轴上可挪动，另一块光栅固定。加载重物后，在传力杠 杆带动下表盘轴旋转从而带动挪动光栅转动,莫尔条纹 也随之挪动。利用光电管、转换电路跟显示仪表，盘算移 过的莫尔条纹数量，测出光栅转动角的大小，从而判断跟 读出被测物分量。
（2）码盘式
码盘式传感器的码盘（符号板）是一块装在表盘轴 上的透明玻璃，上面带有按一定编码方法编定的黑白相 间的代码。加载物体后,通过杠杆使表盘轴旋转时，码盘 也转过一定角度。光电池透过码盘接收光信号并转换成 电信号，由电路进行处理并得到丈量结果。
光电式传感器曾重要用于机电结合秤上。地磅厂家将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。其优点是 工作牢固、抗烦扰才干强;毛病是运行速度低，不能满意 高速称重请求。该类型传感器作为曾经的一个过渡产品 巳实现使命，多少乎退出市场。
5.液压式传感器
液压式传感器利用液压油压力与所蒙受的被测物重 力（品质）成正比，只有测出液压油压力的增大值，就可 得到被测物的品质。
液压式传感器的精度个别不到1/1000，有时甚至连 1/100也不到。地磅厂家将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构及钢混结构二种型式。其优点是结构简单而坚固，丈量范畴大。
6.磁极变情势传感器
磁极变情势传感器的铁磁元件在被测物重力作用下 发活力械变形时,内部产生应力并弓I起磁导率变更，使绕 在铁磁元件（磁极）两侧的次级线圈的感应电压也随之 变更。丈量出电压的变更量即可求出加到磁极上的力， 进而判断被测物的品质。
磁极变情势传感器的精度不高，个别为1/100。
7.振动式传感器
弹性元件受力后，其固有振动频率与作使劲的平方 根成正比。测出固有频率的变更，即可求出被测物作用 在弹性元件上的力，进而求出其品质。振动式传感器有 振弦式跟音叉式两种。
振弦式传感器的弹性元件是弦丝。当承重台上加有 被测物时，V形弦丝的交点被拉向下，且左弦的拉力增 大,右弦的拉力减小。两根弦的固有频率产生不同的变 化。求出两根弦的频率之差，即可求出被测物的品质。 振弦式传感器精度较高，达1/1000 ~ 1/10000,称量范畴 在100克到多少百千克;其毛病是结构庞杂，加工难度大， 造价高。
音叉式传感器的弹性元件是音叉。音叉端部固定有 压电元件,它以音叉的固有频率振荡，并可测出振荡频 率。当承重台上加有被测物时，音叉拉伸方向受力而固 有频率增加，增加的水平与施加力的平方根成正比。测 出固有频率的变更，即可求出重物施加于音叉上的力，进 而求出重物品质。音叉式传感器精度高达1/10000 ~ 1/ 200000,称量范畴在500g到10kg之间。
8.陀螺仪式传感器
陀螺仪的基本部件有陀螺转子、内/外环、附件等,如 图4所示,转子装在内环中，以角速度出绕乂轴牢固旋 转。内框架经轴承与外框架联接,并可绕水平轴Y倾斜 转动。外环经万向联轴节与机座联接，并可绕垂直轴Z 旋转。转子轴X在未受外力作用时坚持水平状况。转 子轴的一端在受到外力F作用时，产生倾斜而绕垂直轴 Z转动（进动）。进动角速度ft)与外力f成正比，通过检 测频率的方法测出0>；即可求出外力大小,进而求出产生 此外力的被测物的品质。
陀螺仪式传感器精度高，达1/1_0，另外，还存在响 应时光快，无滞后景象,特点好,振动影响小等优点o
9.光纤光栅式传感器
光纤光栅传感器的传感进程是通过外界物理参量对 光纤布拉格波长的调制来获取传感信息，是一种波长调 制型光纤传感器。因为光纤光栅波长对温度与应变同时 敏感，因此，解决交叉敏感问题，实现温度跟应力的辨别 丈量是传感器实用化的前提,通常可利用两根或者两段 存在不同温度跟应变响应灵敏度的光纤光栅形成双光栅温度与应变传感器，通过判断两个光纤光栅的温度与应变响 应灵敏度系数,利用两个二元一次方程解出温度跟应变。
光纤光栅式传感器存在以下优点:抗电磁烦扰？电绝 缘机能好，保险坚固;耐腐化，化学机能牢固?’体积小、重 量轻、多少何外形可塑;传输损耗小，可实现远间隔遥控监 测;传输容量大,可实现多点散布式丈量;传输范畴广，可 丈量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位 等。电子地磅被称为地磅是厂矿、商家等用于大宗货物计量的主要称重设备。电子地磅标准配置主要由承重传力机构（秤体）、高精度称重传感器、称重显示仪表三大主件组成，由此即可完成电子地磅基本的称重功能，也可根据不同用户的要求，选配打印机、大屏幕显示器、电脑管理系统以完成更高层次的数据管理及传输的需要。就目前而言，光纤光栅式传感器大多还处于研究跟 实验阶段。
10.结束语
电磁力均衡式传感器跟电阻应变片式传感器发展相 对成熟,前者重要用于高端市场如剖析天平、精巧天平、 微量天平跟超微量天等同，后者在电子天平跟衡器中均 有普遍利用;光电式传感器跟磁极变情势传感器在机能 方面缺乏上风，逐步被市场淘汰;而振动式传感器跟陀螺 仪式传感器诚然存在较高的精度,但因为其造价昂扬而 并未被普遍利用。电容式称重传感器在很多超高温环境 对称量精度请求不高或只为起到保险过载维护作用时使 用存在一定上风,譬如炼钢厂利用的局部高温吊钩秤;液 压式传感器利用处合&少，目前重要利用在对称量请求 精度不高或保险过载维护方面的称重测力场合,譬如装 载机秤。诚然目前电磁力均衡式传感器跟电阻应变片式 传感器在地磅中是主流，但它们受温度、气流、电磁 烦扰等环境影响较大，且传输容量小，将来光纤光栅式传 感器的大力发展必将成为趋势。