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应变片称重传感器的基础知识
2020-09-27

什么是称重传感器?

称重传感器是一种将能量从一种形式转换到另一种形式的设备。具体地说,称重传感器是力传感器,将力的动能(如张力、压缩、压力或扭矩)转换为可测量的电信号。信号的强度随施加力的比例而变化。基于输出信号有三种基本称重传感器类型:液压、气动和应变片。

工业应用中最常用的称重传感器类型是应变片称重传感器。这种类型的称重传感器是准确和具有成本效益的。应变片称重传感器由固定应变片的固体金属体(或'弹簧元件')组成。车身通常由铝、合金钢或不锈钢制成,使其非常坚固,但弹性极小。应用负载时,载荷单元的主体会稍微变形,但除非过载,否则始终会返回到其原始形状。为了响应体型的变化,应变片也会改变形状。这反过来又会导致应变片的电阻变化,然后可以测量为电压变化。由于输出的这种变化与施加的重量成正比,因此可以从电压变化中确定物体的重量。

应变计

负载单元如何工作?

要回答'称重电池是如何工作的?' 我们首先需要回答'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传感器与压缩称重传感器不同。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。

应变片称重传感器的基础知识

单应变片测量的电阻变化非常小,约为 0.12°。负载单元的灵敏度随施加的应变片数而增加。将这些小变化转化为更可衡量的一个好方法就是将它们作为惠斯通桥互连。

应变计的类型

应变片以不同的方向模式布置,具体取决于测量的力类型。弯曲应变、剪切应变、轴向应变、扭矩和压力都是使用应变片的特定布局测量的

惠斯通桥

惠斯通电桥由四个平衡电阻器配置,并应用了已知的激发电压,如下所示:应变片称重传感器的基础知识

欧姆定律指出,在两点之间穿过导体的电流(I,以安培为单位)与两个点之间的电压(V)成正比。电阻(R,以欧姆为单位测量)作为此关系中的常量引入,与电流无关。欧姆定律在等式 I = V/R 中表示。

当应用于惠斯通桥电路的 4 条子时,生成的方程为:

O = 
R3R2
• V
R3• R4R1• R2

在称重传感器中,这些电阻器在交替张力和压缩测量中被应变片所取代。当力施加到称重电池上时,每个应变片中的电阻改变,VO是测量的。从结果数据,VO可以使用上面的方程轻松确定。

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