稱重傳感器的定義是什么?他的工作原理是什么?基本構成又有哪些?又有哪幾類呢？接下來就簡單的介紹。

　　稱重傳感器是稱重傳感式衡器上使用的一種力傳感器。電阻應變式稱重傳感器原理，它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉換成可計量的輸出信號。不同使用地點的重力加速度和空氣浮力對轉換的影響，稱重傳感器的性能指標主要有線性誤差、滯后誤差、重復性誤差、蠕變、零點溫度特性和靈敏度溫度特性等。

　　稱重傳感器 – 正文

　　稱重傳感器[1] 衡器上使用的一種力傳感器。電阻應變式稱重傳感器原理，它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉換成可計量的輸出信號。不同使用地點的重力加速度和空氣浮力對轉換的影響，稱重傳感器的性能指標主要有線性誤差、滯后誤差、重復性誤差、蠕變、零點溫度特性和靈敏度溫度特性等。

　　稱重傳感器 – 簡介

　　稱重傳感器在各種衡器和質量計量系統中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯系起來，以便選用對應于某一準確度衡器的稱重傳感器。國際法制計量組織 (OIML)規定，傳感器的誤差帶δ 占衡器誤差帶Δ 的70%，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規定溫度范圍內由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ 。這就允許制造廠對構成計量總誤差的各個分量進行調整，從而獲得期望的準確度。 電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體(彈性元件，敏感梁)在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片(轉換元件)也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化(增大或減小)，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號 (電壓或電流)，從而完成了將外力變換為電信號的過程。

　　由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。他的一個重要參數是靈敏系數K。設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：R=ρL/S(Ω)(2—1) 當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。

　　對式(2–1)求全微分，即求出電阻絲伸長后，電阻值改變了多少。我們有：ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2(2—2) 用式(2–1)去除式(2–2)得到ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S(2—3) 另外，知道導線的橫截面積S=πr2，則Δs=2πr*Δr，所以ΔS/S=2Δr/r(2—4) Δr/r=-μΔL/L(2—5) 其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數。把式(2—4)(2—5)代入(2–3)，有ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L =(1+2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L =K*ΔL/L(2–6) 其中 K=1+2μ+(Δρ/ρ)/(ΔL/L)(2–7) 式(2–6)說明了電阻應變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關系。需要說明的是：靈敏度系數K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。

　　在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式(2–6)常寫作： ΔR/R=Kε(2—8)

　　稱重傳感器 – 構成

　　1、敏感元件

　　直接感受被測量(質量)并輸出與被測量有確定關系的其他量的元件。如電阻應變式稱重傳感器的彈性體，是將被測物體的質量轉變為形變;電容式稱重傳感器的彈性體將被測的質量轉變為位移。

　　2、變換元件

　　又稱傳感元件，是將敏感元件的輸出轉變為便于測量的信號。如電阻應變式稱重傳感器的電阻應變計(或稱電阻應變片)，將彈性體的形變轉換為電阻量的變化;電容式稱重傳感器的電容器，將彈性體的位移轉變為電容量的變化。有時某些元件兼有敏感元件和變換元件兩者的職能。如電壓式稱重傳感器的壓電材料，在外載荷的作用下，在發生變形的同時輸出電量。

　　3、測量元件

　　將變換元件的輸出變換為電信號，為進一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。如電阻應變式稱重傳感器中的電橋電路，壓電式稱重傳感器的電荷前置放大器。

　　4、輔助電源

　　為傳感器的電信號輸出提供能量。一般稱重傳感器均需外鏈電源才能工作。因此，作為一個產品必須標明供電的要求，但不作為稱重傳感器的組成部分。有些傳感器，如磁電式速度傳感器，由于他輸出的能量較大，故不需要輔助電源也能正常工作。所以并非所有傳感器都要有輔助電源。

　　稱重傳感器 – 安裝注意事項

　　稱重傳感器安裝時需要注意的問題;所謂稱重傳感器的安裝條件，一方面是指稱重傳感器在安裝特殊配件的邊界條件，另一方面是指稱重傳感器在使用現場的安裝條件，稱重儀表根據與不同應用的客戶研究分析，發現下列情況影響傳感器或者說是整機的遲滯性，如表面狀況、接觸面積、安裝扭力、螺栓強度以及一些細節上的處理等均會影響。

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　　稱重傳感器安裝表面狀況：

　　是指秤臺與稱重傳感器的接觸面的質量，如粗糙度，平行度等。表面過于粗糙，在長時間使用時會使緊固螺栓松動并影響性能。如果平行度偏大，加載后會使傳感器產生不必要的分力，直接影響產品精度，同時也無法體現傳感器的真實精度。如果安裝的是料斗秤上的傳感器，就要保持水平面的平衡。

　　稱重傳感器安裝接觸面積：

　　是指傳感器與秤臺固定的接觸面積。不同公司的產品，安裝要求也會不一樣，例如美國Zemic稱重傳感器結構和工藝的不同，接觸面的大小也是有些差別，所以在傳感器的生產過程中必須加以確定，并同時在傳感器的安裝上嚴格按照使用說明書，以保證客戶能按照最佳條件安裝使用。

　　稱重傳感器安裝扭力：

　　在接觸面一定的條件下，安裝扭力越大，遲滯性越小。同樣的道理，如果將韓國BONGSHIN稱重傳感器安裝在不同的設備上，安裝扭力的大小也直接影響產品的真實精度。安裝扭力的影響規律對不同結構的產品是不一樣的。例如有的懸臂梁傳感器，安裝扭力在100Nm時，能得到最佳的遲滯性。扭力過大或過小，遲滯性都會變差。輪輻式傳感器的遲滯性對安裝扭力更為敏感，所以在使用壓力傳感器時一定要依照生產廠商的安裝使用說明書進行安裝，以保證產品質量。

　　稱重傳感器安裝螺栓強度：

　　螺栓的強度影響與安裝扭力是一樣的，如果強度不足，在稱重傳感器產品安裝使用一段時間之后，鎖緊力則會變松，進而影響精度。

　　稱重傳感器細節注意：

　　1.傳感器安裝面與安裝底座應保持水平，不偏斜。

　　2.多稱重傳感器稱量系統中相互安裝面之間的水平差小于5mm，如果系統計量精度低的話(5/1000)，還可以放寬。

　　3.傳感器安裝面需保持平整、光潔，安裝面上不能有膠膜、毛刺、尖點等。

　　4.安裝面底座要牢固并保持一定的厚度。

　　5.安裝面的底座面積應大于稱重傳感器安裝面積。

　　6.安裝、更換傳感器時，須選擇合適的力矩扳手，調整至傳感器所緊固的力矩要求。

　　7.需要安裝墊圈的傳感器，則需在螺栓上套上墊圈方可安裝。

　　8.在緊固螺栓前，需涂抹少許黃油，防止螺栓生銹及拆裝方便。

　　9.嚴禁傳感器電纜線在多稱重傳感器稱量系統中，隨意加長或剪短某一部分傳感器電纜。

　　10.在單稱重傳感器稱量系統中，如安裝條件允許，建議最好不要加長或剪斷傳感器電纜。

　　11.電纜線接入接線盒后，每只傳感器的信號線應連接在相應接線柱的位置上，嚴禁2根或2根以上的電纜信號線同時接在一個接線柱上。

　　12.安裝上下連接件時，必須與稱重傳感器保持垂直，不偏斜。

　　13.縱、橫向限位間隙，在安裝、維護中，需按照稱重設備安裝指導書中規定進行調整。

　　14.傳感器接線完成后，對接線盒部分接線孔不用時，用堵頭堵死加以密封，以免受潮進灰，接線盒上蓋的緊固螺栓松動。

　　稱重傳感器 – 選型原則

　　稱重傳感器的量程選擇可依據秤的最大稱量值、選用傳感器的個數、秤體自重、可產生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。一般來講，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但是在實際的使用當中，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。其次稱重傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復性、滯后、靈敏度等技術指標。在選用的時候不應該盲目追求高等級的傳感器，應該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復性和滯后三項指標的之和的均方根值略高于秤的精度。稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠;另一方面要考慮廠家的建議。對于傳感器制造廠家來講，它一般規定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質等。[3]

　　稱重傳感器 – 工作原理

　　稱重傳感器將電阻應變計粘貼在彈性敏感元件上，然后，以適當的方式組成電橋，從而將物體的質量轉換成電信號。稱重傳感器主要有兩部分組成，第一部分是彈性敏感元件，他將被測物體的壓力質量轉換為彈性體的應變值;第二部分是作為傳感元件的電阻應變計，他將彈性體的應變同步的轉換為電阻值的變化。 稱重傳感器是壓力測量傳感器，它常用于靜態測量和動態測量，壓縮形式，具有較好的精度。它的機械部分是由一整塊的金屬部分組成，所以這個基本的測量元件和它的外殼部分沒有焊接過程，從而使尺寸更小，并且加強了保護等級，這種點部測量的結構，具有8個壓力測量，減少因負載的不完善的應用帶來的誤差。并聯的稱重元件的典型應用是：貯藏箱 、加料斗、大的稱重平臺。 不銹鋼結構適合于石油化學和化學工業中攻擊性環境的應用。

　　稱重傳感器 – 分類

　　稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電陰應變式等8類，以電阻應變式使用最廣。

　　光電式傳感器 　包括光柵式和碼盤式兩種。

　　光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉換成光電信號。光柵有兩塊，一為固定光柵，另一為裝在表盤軸上的移動光柵。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿系統使表盤軸旋轉，帶動移動光柵轉動，使莫爾條紋也隨之移動。利用光電管、轉換電路和顯示儀表，即可計算出移過的莫爾條紋數量，測出光柵轉動角的大小，從而確定和讀出被測物質量。 碼盤式傳感器的碼盤(符號板)是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿使表盤軸旋轉時，碼盤也隨之轉過一定角度。光電池將透過碼盤接受光信號并轉換成電信號，然后由電路進行數字處理，最后在顯示器上顯示出代表被測質量的數字。光電式傳感器曾主要用在機電結合秤上。 液壓式傳感器 在受被測物重力P 作用時，液壓油的壓力增大，增大的程度與P 成正比。測出壓力的增大值,即可確定被測物的質量。液壓式傳感器結構簡單而牢固，測量范圍大,但準確度一般不超過1/100。 電磁力式傳感器 　它利用承重臺上的負荷與電磁力相平衡的原理工作。當承重臺上放有被測物時，杠桿的一端向上傾斜;光電件檢測出傾斜度信號，經放大后流入線圈，產生電磁力，使杠桿恢復至平衡狀態。對產生電磁平衡力的電流進行數字轉換，即可確定被測物質量。電磁力式傳感器準確度高，可達1/2000～1/60000,但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。

　　稱重傳感器電容式傳感器

　　它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f 與極板間距d 的正比例關系工作。極板有兩塊，一塊固定不動,另一塊可移動。在承重臺加載被測物時，板簧撓曲，兩極板之間的距離發生變化，電路的振蕩頻率也隨之變化。測出頻率的變化即可求出承重臺上被測物的質量。電容式傳感器耗電量少，造價低，準確度為1/200～1/500。 磁極變形式傳感器 ，鐵磁元件在被測物重力作用下發生機械變形時，內部產生應力并引起導磁率變化，使繞在鐵磁元件(磁極)兩側的次級線圈的感應電壓也隨之變化。測量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力，進而確定被測物的質量。磁極變形式傳感器的準確度不高，一般為1/100，適用于大噸位稱量工作，稱量范圍為幾十至幾萬千克。 振動式傳感器 彈性元件受力后，其固有振動頻率與作用力的平方根成正比。測出固有頻率的變化，即可求出被測物作用在彈性元件上的力，進而求出其質量。振動式傳感器有振弦式和音叉式兩種。振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當承重臺上加有被測物時，V形弦絲的交點被拉向下，且左弦的拉力增大,右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差，即可求出被測物的質量。振弦式傳感器的準確度較高,可達1/1000～1/10000，稱量范圍為100克至幾百千克，但結構復雜,加工難度大，造價高。 音叉式傳感器的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩，并可測出振蕩頻率。當承重臺上加有被測物時,音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,增加的程度與施加力的平方根成正比。測出固有頻率的變化,即可求出重物施加于音叉上的力,進而求出重物質量。音叉式傳感器耗電量小，計量準確度高達1/10000～1/200000，稱量范圍為500g～10kg。

　　陀螺儀式傳感器

　　轉子裝在內框架中，以角速度ω繞X軸穩定旋轉。內框架經軸承與外框架聯接，并可繞水平軸 Y 傾斜轉動。外框架經萬向聯軸節與機座聯接，并可繞垂直軸Z 旋轉。轉子軸 (X軸)在未受外力作用時保持水平狀態。轉子軸的一端在受到外力(P/2)作用時，產生傾斜而繞垂直軸Z 轉動(進動)。進動角速度ω與外力P/2成正比,通過檢測頻率的方法測出ω，即可求出外力大小，進而求出產生此外力的被測物的質量。 陀螺儀式傳感器響應時間快(5秒),無滯后現象，溫度特性好(3ppm)， 振動影響小， 頻率測量準確精度高，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計量準確度(1/30000～1/60000)。

　　電阻應變式傳感器

　　利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時，其上的應變片隨之變形，并導致電阻改變。測量電路測出應變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號輸出。電信號經處理后以數字形式顯示出被測物的質量。 電阻應變式傳感器的稱量范圍為300g至數千kg，計量準確度達1/1000～1/10000，結構較簡單，可靠性較好。大部分電子衡器均使用此傳感器。

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