一、称重传感器的基本知识:
1. 定义:GB/T7551-1997《称重传感器》
考虑到使用地点的重力加速度(g)和空气浮力(f)的影响后,通过把其中一种被测量(质量)转换成另外一种被测量(输出)来测量质量的力传感器。
被测量(质量) 称重传感器 输出
2. 组成
敏感元件+传感元件+测量电路
其中:敏感元件——电阻应变计; 传感元件——弹性体; 测量电路——惠斯通电桥
二、电阻应变计工作原理:
以金属材料为转换元件的电阻应变计,其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。
所谓应变效应是指金属导体(电阻丝)的电阻值随变形(伸长或缩短)而发生改变的一种物理现象。
1. 受力前(F=0)电阻值
R=ρ*L/S
(1)式中R——金属丝的电阻(Ω); ρ——金属丝的电阻率(Ω*M);
L——金属丝的长度(m); S——金属丝的横截面积(m2)(πD2/4)
D——金属丝的直径(m)
2. 受力后(F>0)电阻变化值
⊿R=R*Kε
(2)式中⊿R——电阻变化量; R——原始电阻值;
K——应变计的灵敏系数; ε——轴向应变
结论:金属丝拉伸,电阻值增加;
金属丝压缩,电阻值减小
3. 几种常见的电阻应变计外形
4. 电阻应变计的组成部分
三、称重传感器的工作原理:
1. 两个典型的力学模型
当F>0时,R1、R3被拉伸,阻值增大;R2、R4被压缩,阻值减小。
2. 惠斯顿电桥
在应变计的电测技术中,应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点,因此能很好地满足应变测量的要求。
电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种,当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示,它的四个桥臂由 R1、R2、R3、R4组成。
1) 直流电桥的电压输出
根据分压原理,从D-A-C半桥来看,从D经A到C的电压降为Ui,通过R1、R2的电流
I1=Ui/(R1+R2)
(1)R2上的电压降为I1R2,代入(1)得UAC=Ui*R2/(R1+R2)
(2)同样,D-B-C半桥的电压降也是Ui,R3上的电压降为:
UBC=Ui*R3/(R3+R4)
(3)则输出电压UO是UBC与UAC之间的差,即:R1R3-R2R4 UO=UBC-UAC=Ui
(4)(R1+R2)(R3+R4)
由(4)可知,当桥臂电阻满足如下条件时,即:R1R3=R2R4
(5)电桥的输出电压UO=0,电桥处于平衡状态。
为了保证测量的准确性,在实测之前应使电桥平衡(置零),这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。
2) 按上述力学模型解释:
当F=0时,R1R3=R2R4;U0=0;
当F>0时,R1、R3增加,R2、R4减小,U0>0。
若欲得到与上述电信号相反的结果时,只需将A与C(或B与D)之间的电源正、负极互换即可。
3) 当桥臂电阻的阻值发生变化时,电桥的输出电压也随着发生变化,当⊿R<
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