电子秤原理.docx

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电子秤原理

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电子秤原理

悬臂梁应变片原理

上面和下面贴四片应变片组成全桥，然后端部收到的力，就和全桥应变输出值成正比。

经过标定，有系数就可以通过系数乘以应变值得到力。

悬臂梁：

梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端。

在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。

在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。

应变片结构及原理

应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘的基片上构成。

上面贴有覆盖片（即保护片）,电阻丝两端焊有较粗的铜丝作引线,以便与测量电路连接。

将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。

很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。

应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。

一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。

即：

其中，R：

应变片原电阻值Ω（欧姆），ΔR：

伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆），K：

比例常数（应变片常数），ε：

应变。

不同的金属材料有不同的比例常数K。

铜铬合金的K值约为2。

这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。

但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。

要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。

为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有惠斯通电桥的专用应变测量仪。

应变片分类

1、按结构分：

单片、双片、特殊形状

2、按材料分：

金属式体型——丝式、箔式、薄膜型；

半导体式体型——薄膜型、扩散型、外延型、PN结型

3、按使用环境：

高温、低温、高压、磁场、水下；

应变片的粘贴步骤

1、选择应变片

2、除锈，保护膜

3、确定粘贴位置

4、对粘贴面的脱脂和清洁

5、图粘贴剂

6、粘贴

7、加压

电子秤原理

一、相当于一个电子地磅，传感器的多少与量程和精度有关。

电子地磅结构组成和工作原理

1、结构组成

主要由承载器、称重显示仪表（下简称仪表）、称重传感器（下简称传感器）、连接件、限位装置及接线盒等零部件组成，还可以选配打印大屏幕显示器、计算机和稳压电源等外部设备。

2、工作原理

被称重物或载重汽车置于承载器台面上，在重力作用下，通过承载器将重力传递至称重传感器，使称重传感器弹性体产生变形，贴附于弹性体上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成正比例的电信号，经线性放大器将信号放大。

再经A/D转换为数字信号，由仪表的微处理机（CPU）对重量信号进行处理后直接显示重量数据。

配置打印机后，即可打印记录称重数据，如果配置计算机可将计量数据输入计算机管理系统进行综合管理。

利用应变电测原理称重。

在称重传感器的弹性体上粘贴有应变计，组成惠斯登电桥。

在无负荷时，电桥处于平衡状态，输出为零。

当弹性体承受载荷时，各应变计随之产生与载荷成比例的应变，由输出电压即可测出外载重量！

称重传感器可以说是电子秤中最重要的一个部件之一，除了称重传感器然后就是IC，主要为两个核心元件，称重传感器本身只是一个模拟信号，当一个重量压到称重传感器上面时，传感器中的弹性元件会产生一个变形，这个变化在满载大约在1mm左右的变化

电子秤为什么能够称重，这个取决于内部有一款称重传感器的产品。

称重传感器可以说是电子秤中最重要的一个部件之一，除了称重传感器然后就是IC，主要为两个核心元件，称重传感器本身只是一个模拟信号，当一个重量压到称重传感器上面时，传感器中的弹性元件会产生一个变形，这个变化在满载大约在1mm左右的变化，当变形时，贴在弹性元件上面的电阻应变计细微的丝删会拉升和弯曲，总计4片电阻，按照惠斯登电桥原理，当电阻应变计拉升和弯曲时会电阻会往2个方向变化，一个是正方向一个负方向，我们读取他的数值就是这个差值，不同的变形量差值不同，但这个是成线性比例的，当然有一些小误差，这个误差会因为贴片位置和材质等有影响，我们称它为非线性。

所以当一台秤出厂前我们都需要标定和校准，成2个方面考虑，一个是输出，一个是非线性。

这是应变计的原始输出，这个输出信号非常微弱，正常情况为，所以IC要把这个信号处理，让使用者能够读取让人易懂的Kg和磅的数字

二、一般传感器采用惠更斯电桥测量，应用中是几个传感器并在一起，输出信号为几个传感器的平均信号。

三、电子秤秤重传感器的选用

一、如何选用传感器

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。

用传感器茵先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。

环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：

1、高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。

对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

2、粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。

在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。

不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。

常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。

从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为量差。

对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。

3、在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。

4、电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。

在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。

5、易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。

因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：

在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。

二、对传感器数量和量程的选择。

传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。

一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。

传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。

一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。

但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。

传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。

公式如下：

C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N

C—单个传感器的额定量程；W—秤体自重；Wmax—被称物体净重的最大值；N—秤体所采用支撑点的数量；K-0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间人；K-1—冲击系数；K-2—秤体的重心偏移系数；K-3—风压系数。

例如：

一台30t电子汽车衡，最大称量是30t，秤体自重为1.9t，采用四只传感器，根据当时的实际情况，选取保险系数K-0＝1.25，冲击系数K-1＝1.18，重心偏移系数K-2—＝1.03，风压系数K-3＝1.02，试确定传感器的吨位。

解：

根据传感器量程计算公式：

C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N

可知：

C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）/4＝12.36t

因此，可选用量程为15t的传感器（传感器的吨位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊订做）。

根据经验，一般应使传感器工作在其30%～70%量程内，但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，一般要扩大其量程，使传感器工作在其量程的20%～30%之内，使传感器的称量储备量增大，以保证传感器的使用安全和寿命。

三、要考虑各种类型传感器的适用范围

传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑厂家的建议。

厂家一般会根据传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点规定传感器的适用范围，

譬如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；

钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等；

钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等；

柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。

四、还要对传感器准确度等级进行选择

传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。

在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。

对传感器等级的选择必须满足下列两个条件：

1、满足仪表输入的要求。

称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、A/D转换等处理之后显示称量结果的。

因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入情号大小，即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式，计算结果必须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。

传感器和仪表的匹配公式：

传感器输出灵敏度×激励电源电压×秤的最大称量/秤的分度数×传感器的个数×传感器量程。

称重测量采用目前常用并且比较成熟的方法来实现称重传感器选用双孔梁式传感器如图1所示4片电阻应变片（图1中1、2、3、4）粘贴在双孔梁的应变区，在称重时双孔梁在由被称物体产生的压力P和系统底盘对双孔梁的支持力N的作用下，产生平行四边形形变，由这4片应变片接成的惠斯通（Wheatstone）电桥在供桥电压的激励下随重量不同而输出不同的电压信号通过放大电路将电桥送来的微弱信号进行放大后送给A/D转换电路之后单片机对ADC的结果处理后显示或打印出来完成称重测量?

图2，是一般使用双孔梁式称重传感器构成称重系统的结构示意图它主要由1、.秤盘2.、称重传感器3、底盘三部分组成带有秤盘的双孔梁式称重传感器型秤有以下基本特点：

?

1、同样载荷情况下梁的应变量和电桥的输出电压是个常量且与载荷在秤盘的位置无关?

?

?

?

2、梁的应变量和电桥的输出电压与载荷成正比?

虽然载荷在秤盘的位置和称重结果关系不大，但秤盘的重量和面积，都要根据称重传感器的性能和使用要求严格去选择，并且需要对称重传感器进行四角偏载误差锉修调整以保证系统的准确度。

日常生活中常用电子秤来秤量物体的质量,?

它以较高的精确度得到大家的信赖,下面就电子秤的结构和原理作些介绍电子秤，主要是由电桥电路及电阻应变式传感器组成,?

在现代测量技术中常常需要将非电量,利用传感器转变成电量，后再进行测量，电阻应变式传感器是一种利用金属电阻应变片，将应变转换为电阻变化的传感器，它一般分为金属丝式和箔式两类,?

这里分别介绍其结构和工作原理,?

其结构如图、所示

见《电子秤结构与工作原理》——李燕

称重传感器常用技术参数

一、用分项指标表示法?

在介绍称重传感器技术参数时，传统的方法是采用分项指标，其优点是物理意义明确，沿用多年，熟悉的人较多。

我们现在列出其主要项目如下：

?

*额定容量?

生产厂家给出的称量范围的上限值。

?

*额定输出（灵敏度）?

加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。

由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以额定输出的单位以mV/V来表示。

并称之为灵敏度。

?

*?

灵敏度允差?

传感器的实际稳定输出与对应的标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。

例如，某称重传感器的实际额定输出为2.002mV/V，与之相适应的标准额定?

输出则为2mV/V，则其灵敏度允差为：

（（2．002?

–?

2。

000）/2.000）*100%?

=?

0.1%?

*非线性?

由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对于额定输出值的百分比。