称重传感器工作原理
称重传感器的定义:
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
谈谈称重传感器的特性有哪些:
称重传感器的静态特性:
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
称重传感器的动态特性:
所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
传感器的线性度:
通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。
称重传感器拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
称重传感器的工作原理:
称重传感器的种类繁多,如电阻应变片称重传感器、半导体应变片称重传感器、压阻式称重传感器、电感式称重传感器、电容式称重传感器、谐振式称重传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式称重传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。
称重传感器的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω。cm2/m)S——导体的截面积(cm2)L——导体的长度(m)我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。
称重传感器的原理解析:
称重传感器系统采用悬臂梁式称重传感器。该传感器量程30kg;弹性体为弯曲悬臂梁结构,外形高度低,结构强度高;用于拉伸力或压缩力测量,抗偏、抗侧向力强;防尘密封,精度高,性能稳定可靠,安装使用方便。传感器外形如图2所示,单位:mm。此传感器为电阻应变式称重传感器,它的主要组成部分有电阻应变片、弹性体和检测电路。
称重传感器工作原理:弹性体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在其表面的电阻应变片也随之产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电压,从而完成将外力变换为电信号的过程。其中,电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片;
弹性体是一个有特殊形状的结构件,它的功能有两个:首先是它承受称重传感器所受的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡;其次,它要产生一个高品质的应变场,使粘贴在此区的电阻应变片比较理想地完成应变电信号的转换任务;检测电路采用全桥式等臂电桥把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。
高精度A/D转换称重传感器的输出为mV级的微弱信号,传统的测量方法是在A/D转换之前加一级高精度的放大器,电路复杂。AD7714是美国AnalogDevices(AD)公司推出的24-位ADC家族AD771X系列中的新品,适用于低频、高精度工业级转换。
称重传感器具有完整的模拟前端,可以直接测量传感器输出的直流微弱信号,转换精度达到24位无误码。采用三线串行口与微控制器连接,通过软件编程可以对增益、信号极性、输入通道作出设置。该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能,可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。