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電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理

點(diǎn)擊次數(shù):13605   發(fā)布時(shí)間:2017/12/21 10:26:16

 一、稱重傳感器的基本知識(shí)  

 

 1. 定義:GB/T7551-2008《稱重傳感器》 

 

    考慮到使用地點(diǎn)的重力加速度(g)和空氣浮力(f)的影響后,通過把其中一種被測量(質(zhì)量)轉(zhuǎn)換成另外一種被測量(輸出)來測量質(zhì)量的力傳感器。  

 

   被測量(質(zhì)量)——→稱重傳感器——→輸出  

 

 2. 組成 

 

   敏感元件+傳感元件+測量電路  

 

   其中:敏感元件——電阻應(yīng)變計(jì);   傳感元件——彈性體;       測量電路——惠斯登電橋 

 

二、電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理 

 

    以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變計(jì),其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。如圖所示: 

 

1)受力前(F=0)電阻值        R ρL/S   1                             

 

2)受力后(F0)電阻變化值  R=R*Kε 2  

 

    結(jié)論:金屬絲拉伸,電阻值增加; 金屬絲壓縮,電阻值減小。 

 

3)幾種常見的電阻應(yīng)變計(jì)外形 

 

 

  

 

 

 4)電阻應(yīng)變計(jì)的組成部分 

 

  

                       

 

 5)我公司常用應(yīng)變計(jì)的阻值(Ω) 

 

    350;7001000 

 

 1. 兩個(gè)典型的力學(xué)模型 

 

 

當(dāng) F時(shí),R1、R3 被拉伸,阻值增大;R2R4被壓縮,阻值減小。 

 

 2. 惠斯頓電橋 

 

 

    在應(yīng)變計(jì)的電測技術(shù)中,應(yīng)用*廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn),因此能很好地滿足應(yīng)變測量的要求。 

 

    電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種,當(dāng) Ui 為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌。電橋電路如上圖所示,它的四個(gè)橋臂由 R1、R2R3、R4 組成。 

 

 1) 直流電橋的電壓輸出 

 

    則輸出電壓 U  U  U 之間的差,即 

 

 

    由(3)可知,當(dāng)橋臂電阻滿足如下條件時(shí),即 

 

          R1R3=R2R4                       4 

 

    電橋的輸出電壓 U0=0,電橋處于平衡狀態(tài)。 

 

    為了保證測量的準(zhǔn)確性,在實(shí)測之前應(yīng)使電橋平衡(置零),這樣輸出電壓只與應(yīng)變計(jì)感受應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。 

 

 2) 按上述力學(xué)模型解釋: 

 

    當(dāng) F=0 時(shí),R1R3=R2R4U0=0; 

 

    當(dāng) F時(shí),R1、R3 增加,R2、R4 減小,U00。 

 

    若欲得到與上述電信號(hào)相反的結(jié)果時(shí),只需將 A C(或B D)之間的電源正、負(fù)極互換即可。 

 

 3) 當(dāng)橋臂電阻的阻值發(fā)生變化時(shí),電橋的輸出電壓也隨著發(fā)生變化,當(dāng)⊿R<<R 時(shí),其輸出電壓與電阻變化率⊿R/R(或應(yīng)變ε)成線性關(guān)系。 

 

三、稱重測力傳感器的分類 

 

按受力方式分類 

 

                                                           等。 

 

按彈性體材料分類 

 

    不銹鋼:主要應(yīng)用在食品、化工、醫(yī)藥等有腐蝕性環(huán)境的場所;  

 

    合金鋼:適用于無腐蝕性或腐蝕性不強(qiáng)的環(huán)境場所; 

 

    鋁合金:一般使用在小量程等商用衡器場所。 

 

按輸出數(shù)據(jù)類別分類 

 

   模擬式傳感器:輸出為模擬量信號(hào),如電壓、電流等; 

 

   數(shù)字式傳感器:輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào),如 RS485、RS422 

 

按適用溫度分類 

 

   常溫:使用在常規(guī)場所,對溫度沒有特殊要求; 

 

   高溫(超高溫):使用在冶金、核電等溫度較高的環(huán)境; 

 

   低溫:使用在溫度低于-30℃的場所,如冷凍試驗(yàn)。 

 

按準(zhǔn)確度級(jí)別分類 

 

   根據(jù)傳感器的綜合性能分為 AB、C四個(gè)級(jí)別。 

 

按結(jié)構(gòu)分 

 

    1)柱式;2)剪切梁式;3)平行梁式;4)板環(huán)式;5型;6)彎曲梁式;7)扭環(huán)式;8)輪輻式等。 

 

五、稱重測力傳感器的基本應(yīng)用 

 

   主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制計(jì)量、安全過載報(bào)警、材料實(shí)驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。 

 

    1)、電子汽車衡;2)、電子臺(tái)秤;3)、電子叉車秤;4)、動(dòng)態(tài)軸重秤;5)、電子吊鉤秤;6)、電子計(jì)價(jià)秤;7)、電子鋼材秤;8)、電子軌道衡;9)、連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器;10)、重力式自動(dòng)衡器;11)、自動(dòng)分檢衡器;12)、重量限制器;13)過載保護(hù)器;14)、稱重模塊(用于料斗秤、配料秤、罐裝秤及工業(yè)領(lǐng)域)


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