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基于应变片的称重传感器是如何工作的?

时间: 2020-12-07 来源:lascaux

什么是称重传感器?

重传感器本质上是力传感器。它主要用于测量重量。虽然它们可用于测量其他力,如扭矩、拉力、压力等,但本文将重点介绍重量测量应用。

虽然重力是阻止宇宙分离的四种基本力量中最弱的,但它是我们唯一能够直接感知的。地球上所有有质量的东西都可以体验它。重量和质量由重力连接。

世界标准重量的测量单位是公斤(公斤)。如果去除重力,物体不会从字面上称重任何东西,但其质量保持不变。当你称量某物时,你确实在测量这个物体的质量,因为它与这颗行星有关。因此,实际上,称重传感器测量质量。但它只与它在地球上的含义有关。

在称重传感器中使用多种基本技术,例如气动称重传感器(通常用于内在安全应用)。液压称重传感器不需要电源,因此经常在远程、难以访问的位置使用。还有压电载荷单元提供高水平(但非线性)输出。

但是,我们将专注于基于应变量具的称重传感器,它们是当今世界使用的最普遍类型。它们价格低廉,非常可靠,可用于处理各种力输入。它们是称重行业的实际标准,提供0.25%和更好的全面精度。

您甚至可能每天早上使用基于应变片的称重传感器机器,甚至没有意识到这一点。它可能看起来像这样:

数字浴室秤是基于压力量具的称重传感器装置

虽然经典的机械秤使用一系列杠杆来分配应用的重量,并推动连接到机械表盘的弹簧,但当今的大多数数字模型都使用基于多个应变量具的称重单元来计算您的重量。

当您在测量板上按一次脚时,微控制器会"唤醒",并执行应变计的零偏移校准。然后,数字显示屏指示 0.0 kg(或磅),它可供您踩下体重。

在更好的数字浴室秤中,在秤的四个角上每个角落都放置一个基于应变量具的称重传感器。事实上,它们往往内置于"脚"的规模。两个称重单元位于张力模式,另外两个位于压缩模式。

当您踩到秤时,微控制器会将其输出转换为所选测量单位中的聚合权重值,并在仪表上显示该数字。有些型号甚至使用热电偶来测量环境温度和方程中的因素,因为应变计是基于电阻的传感器,并且受温度的影响。

好吧,这很有趣,但现在让我们看看用于科学测量DAQ应用的称重传感器。

基于应变计的称重传感器如何工作?

应变量具(也称为"应变计")通过电阻变化来测量应变。金属箔图案安装在柔性基板上,该基板也用作绝缘体。电流通过箔模式运行。当被测试的物体受到压力(即压缩或置于张力下)时,电阻会发生变化,与偏转量成比例。

全桥应变量具传感器

当导体拉伸时,其电阻增加。压缩后,电阻降低。这种电阻的变化可以用惠斯通桥来测量,该桥是四个应变量具传感器,排列在一个模式中。

应变称具操作(弯曲夸大以清晰)


使用所有四个传感器进行测量,您可以进入全桥配置。在上面的全桥图中,传感器的输出电压在 C 和 B 上测量,而激励电压在 A 和 D 下提供。

因此,当我们将应变量具安装到机械外壳上,然后使该壳体承受应力或力(如重量)时,量具将测量该力造成的相对压缩或张力。这种外壳与安装在其上的应变量具传感器的组合是一个称重传感器。

现在,让我们看看此类加载单元的各种形状和大小,以及如何使用它们。

负载单元(大大小小)几乎有无限数量的应用。这里只是想到的一些:

  • 材料测试- 测量零件在制造时的重量,以确保一致性
  • 航空航天- 测试喷气发动机的推力,测量车轮和底盘上的负载
  • 船舶- 监测系泊线上的张力,因为它们在船舶的负载下与水一起移动
  • 运输- 电动、汽油和柴油发动机、车轴负载监测、火车和卡车车轮负载的扭矩测量,测量公路称重站的货物重量
  • 工业- 齿轮箱和泵的力测量、海底管道铺设应用中的张力测量、造纸厂和钢厂应用中的张力和力测量、霍珀和容器称重
  • 医疗/医疗- 医院病床,可称重患者、精密婴儿和婴儿孵化器秤、物理治疗和运动设备的负载测量。
  • 建筑- 电梯中的电缆力,脚手架上的力量,按照国际标准。
  • 娱乐- S 型称重电池安装在用于吊起杂技演员和演员的电缆中间,确保力不超过规定水平
  • 石化- 测量石油和天然气钻井工具上的力
  • 农业和牧场 -测量通过滑道的牲畜的重量,测量电缆和托管设备、料斗、储油罐和筒仓称重的力
  • 家庭/消费者- 数字浴室秤




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