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传感器知识

    称重传感器是工程应用中最多的传感器之一,发展历史也最早。它是将重量信号或压力信号转换成电量信号的一种装置。称重传感器外形构造多样,有柱形、S形、长方形、单孔、双孔等等,但原理基本上都差不多,都是采用金属电阻应变片组成测量桥路,当有重量压在上面的时候,电阻丝发生形变,导致电阻增加,它们之间是几乎线性变化关系,由此可以推断出重量的大小。下面说下惠斯登电桥中把应变片电阻变化转换成电压变化的过程。
设:电桥的输入激励电压为Ei,
则电桥的输出电压△E0为:
△E0=Ei×[(R1R3-R2R4)/(R1+R2)(R3+R4)]
设电桥中四个电阻初始值相等,即
R1=R2=R3=R4, 
则△E0=0。
当受到外力作用后,设电阻值R1应变后的电阻变化为R+△R,则电桥的输出电压△E0为:
△E0=Ei[△R/(4R+2△R)]≌(△R/4R)Ei  (R>>△R)
由于△R=R×K0×ε,所以
△E0=(Ei×K0×ε)/4
例如,设K0=2,ε=1000×0.000001,Ei=1V
则:△E0=(1×2×1000×0.000001)/4=0.5mV
式中  K0=系数(一般为2)
ε=应变系数(一般为500×0.000001~2000×0.000001;相当于10~40Kgf/mm2。)
    为了增加电桥的视在输出,大多都将电桥设计成4枚应变片都受力作用的形式(4个工作片)。
此时△E0=0.5mV×4=2mV
    称重传感器在制造过程中,为了改善它的性能指标,特别是温度对传感器输出的影响,需要对应变电路进行附加的零点和灵敏度温度补偿。此外,还需要增加各种补偿电阻。
零点补偿也就是减小电桥零点受温度变化的大小,所以,除了应变片本身的温度自补偿外,还需加入了电阻温度系数和电桥中应变片的温度系数不同的电阻元件,来加强补偿作用,让传感器的零点漂移变小。
    灵敏度补偿是为了减小输出电压受温度变化的大小,也就是补偿弹性体的弹性系数和应变片的灵敏度系数受温度变化的大小。所以,在电桥中串联两个和电桥温度补偿作用相同的电阻。电路中的其它电阻用于维持电桥的初始平衡,将传感器额定输出和输入电阻等参数调整到规定的数值。
    现在,国内称重传感器已经趋向成熟,虽然形式多样,但万变不离其宗,原理都差不多,电路补偿是传感器必须具备的一部分,它对改善传感器的性能有很大帮助,这也是很多厂家提高产品性能的通俗做法。

 

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