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电阻应变式称重传感器的运行原理

时间:2021-05-06 点击次数:

称重传感器的原理 

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。 

称重传感器


称重传感器的分类 

一、光电式 

包括光栅式和码盘式两种。 

1、光栅式传感器利用光栅形成的莫尔条纹把角位移转换成光电信号,光栅有两块,一为固定光栅,另一为装在表盘轴上的移动光栅,加在承重台上的被测物通过传力杠杆系统使表盘轴旋转,带动移动光栅转动,使莫尔条纹也随之移动,利用光电管、转换电路和显示仪表,即可计算出移过的莫尔条纹数量,测出光栅转动角的大小,从而确定和读出被测物质量; 

2、码盘式传感器的码盘(符号板)是一块装在表盘轴上的透明玻璃,上面带有按一定编码方法编定的黑白相间的代码,加在承重台上的被测物通过传力杠杆使表盘轴旋转时,码盘也随之转过一定角度,光电池将透过码盘接受光信号并转换成电信号,然后由电路进行数字处理,最后在显示器上显示出代表被测质量的数字,光电式传感器曾主要用在机电结合秤上。 

二、液压式 

在受被测物重力P作用时,液压油的压力增大,增大的程度与P成正比,测出压力的增大值,即可确定被测物的质量,液压式传感器结构简单而牢固,测量范围大,但准确度一般不超过1/100。 

三、电容式 

它利用电容器振荡电路的振荡频率f与极板间距d 的正比例关系工作,极板有两块,一块固定不动,另一块可移动,在承重台加载被测物时,板簧挠曲,两极板之间的距离发生变化,电路的振荡频率也随之变化,测出频率的变化即可求出承重台上被测物的质量。电容式传感器耗电量少,造价低,准确度为1/200~1/500。 

四、电磁力式 

它利用承重台上的负荷与电磁力相平衡的原理工作,当承重台上放有被测物时,杠杆的一端向上倾斜;光电件检测出倾斜度信号,经放大后流入线圈,产生电磁力,使杠杆恢复至平衡状态,对产生电磁平衡力的电流进行数字转换,即可确定被测物质量,电磁力式传感器准确度高,可达1/2000~1/60000,但称量范围仅在几十毫克至10千克之间。 

五、磁极变形式 

铁磁元件在被测物重力作用下发生机械变形时,内部产生应力并引起导磁率变化,使绕在铁磁元件(磁极)两侧的次级线圈的感应电压也随之变化,测量出电压的变化量即可求出加到磁极上的力,进而确定被测物的质量,磁极变形式传感器的准确度不高,一般为1/100,适用于大吨位称量工作,称量范围为几十至几万千克。 

六、振动式 

振弦式传感器的弹性元件是弦丝,当承重台上加有被测物时,V形弦丝的交点被拉向下,且左弦的拉力增大,右弦的拉力减小,两根弦的固有频率发生不同的变化,求出两根弦的频率之差,即可求出被测物的质量,振弦式传感器的准确度较高,可达1/1000~1/10000,称量范围为100克至几百千克,但结构复杂,加工难度大,造价高。 

七、陀螺仪式 

转子装在内框架中,以角速度ω绕X轴稳定旋转,内框架经轴承与外框架联接,并可绕水平轴 Y 倾斜转动,外框架经万向联轴节与机座联接,并可绕垂直轴Z 旋转。转子轴 (X轴)在未受外力作用时保持水平状态,转子轴的一端在受到外力(P/2)作用时,产生倾斜而绕垂直轴Z 转动(进动),进动角速度ω与外力P/2成正比,通过检测频率的方法测出ω,即可求出外力大小,进而求出产生此外力的被测物的质量。 

八、电阻应变式 

利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作,主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。 

九、板环式 

板环式称重传感器的结构具有明确的应力流线分布、输出灵敏度高、弹性体为一整体、结构简单、受力状态稳定、易于加工等优点,目前在传感器生产中还占着较大的比例,而对这种结构传感器的设计公式目前还不很完善,因这种弹性体的应变计算比较复杂,通常在设计时把它看作为圆环式弹性体进行估算,特别是对1t及以下量程的板环式传感器设计计算误差更大,同时往往还会出现较大的非线性误差。 


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