电子秤常用的电阻应变式称重传感器讲解

电子秤常用的电阻应变式称重传感器讲解

称重传感器是整个传感器大家族中历史最长、应用广、技术相对成熟的一个分支。我国称重传感器的发展源于军工企业中航空航天领域的力学测试，其历史可以追溯到上世纪六十年代。我国衡器工业的快速发展，推动了我国称重传感器制造企业发展的进程。特别是在近十年当中应用领域的不断拓展，使用数量的不断增加，已经促使称重传感器制造形成了一个强大的产业群体。对我国的衡器工业，乃至工业自动化领域产生深远而积极的影响。

一、称重传感器原理：

电阻应变式称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

二、称重传感器的应用领域：

电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。称重传感器可应用于多种领域，如：衡器制造、冶金、石油化工、食品生产、机械制造、造纸、钢铁、交通、矿山、水泥、纺织等行业。传统行业中的料罐、料斗称重、反应釜、平台秤、电子秤、皮带秤、地磅、起重机、分选机、包装秤、TMR饲料搅拌机、配比称重等领域。新型行业一般应用于物联网称重，如：智能垃圾箱称重、无人售货机、仓储货架、无人超市、自动化罐装、智能称重购物车、食堂称重系统、车载称重系统、医疗床称重等领域。

三、电阻应变式称重传感器生产制造环节

1.弹性元件的金属材料对称重传感器的综合性能和长期稳定性起着关键作用。应选择强度极限和弹性极限高、弹性模量时间和温度稳定性好、弹性滞后小、加工和热处理引起的残余应力小的材料。有数据表明，只要淬火后材料的塑性好，加工热处理后的残余应力就会小。要特别注意弹性模量随时间的稳定性，要求材料的弹性模量在称重传感器的使用寿命期间不会发生变化。

2.应变式称重传感器在制造过程中的工作原理和整体结构决定了生产过程中有些工序必须人工操作，人为因素对称重传感器的质量影响很大。因此，需要制定科学、合理、可重复的制造工艺，增加计算机控制的自动或半自动工艺，最大限度地减少人为因素对产品质量的影响。

3.称重传感器的弹性元件、壳体、膜片、上压头和下压垫的设计必须保证加载后结构中不发生性能波动，或者性能波动很小。因此，在称重传感器的设计中，应变区的应力应尽可能单一均匀；贴片位置优选是平的；在结构上保证有一定的抵抗偏心荷载和侧向荷载的能力；安装力远离应变区，测量时应避免承重点位移。虽然称重传感器是一种组装产品，但为了保证最佳的技术性能和长期稳定性，它尽可能设计成一个整体结构。

4.加工和热处理过程在弹性元件的加工过程中，不均匀的表面变形会产生较大的残余应力。切削量越大，残余应力越大，磨削产生的残余应力最大。因此，需要制定合理的加工工艺，合适的切削参数。在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和金属材料的相变，在芯层和表层产生不同方向的残余应力，芯层产生拉应力，表层产生压应力。必须采用回火工艺产生相反方向的应力，抵消残余应力，减少残余应力的影响。

5.电路补偿和调整应变式称重传感器属于组装和制造，贴片组装和桥接后形成产品。由于不可避免的内部缺陷和外部环境条件的影响，称重传感器的一些性能指标不能满足设计要求，因此必须进行各种电路补偿和调整，以提高称重传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性。完善而精细的电路补偿技术是提高称重传感器稳定性的重要环节。

6.保护和密封保护和密封是称重传感器制造过程中的关键工序，是称重传感器能够承受客观环境和感性环境的影响，稳定可靠工作的根本保证。如果保护性密封不好，连接到弹性元件上。电阻应变片和应变胶层都会吸收空气中的水分，产生塑化，导致粘接强度和刚度下降，导致零点漂移和输出不规则变化，直至称重传感器失效。因此，有效的保护密封是称重传感器长期稳定运行的根本保证，否则，所有的技术成果都将付诸东流。除了处理上述因素外，提高称重传感器稳定性最重要的途径是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件，进行有效的人工老化试验，尽可能释放残余应力，使其性能波动最小化。

四：电阻应变式称重传感器的优点和缺点:

电阻应变式称重传感器的称量范围为几十克至数千吨，计量准确度达1/1000～1/10000，以其结构简单，安装方便，工作可靠，为大部分电子衡器所使用。

电阻应变式传感器的优点是准确度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

电阻应变式称重传感器的缺点是存在机械滞后、蠕变和零漂、应变极限，对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但是可通过一定措施改进。

五、称重传感器是如何工作的？

要回答"称重传感器是如何工作的？" 我们首先需要知道"应变片是如何工作？"应变片是测量施加力时电阻变化的装置。典型的应变片由非常细的线或箔网，以网格模式设置，当沿一个轴施加应变时，产生线性电阻变化。有多种类型的应变片可供选择：

线性应变片：连接到应变片背的导线与应变片的边缘平行。这些用于测量轴向应变和弯曲应变。

剪切应变片：连接到应变片背的导线以 45o 方向布置到压力架两侧。这些用于测量剪切应变。

应变片通常与更多应变片配合使用，以提高精度。一个有源应变片称为四分之一桥，两个有源应变片为半桥，四个有源应变片称为全桥。

应变片电阻变化在张力称重电池与压缩称重细胞不同。张紧力使应变片变薄变长，增加电阻。压缩力使应变片变厚变短，电阻降低。应变片粘附在薄背（托架）上，该背衬直接连接到称重单元，使应变片能够体验称重传感器的应变。