一文讀懂稱重傳感器的轉(zhuǎn)換方法和分類

    稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分成了光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，在電阻應(yīng)變式使用最廣。

　　光電式稱重傳感器

　　包括光柵式以及碼盤式兩種。

　　光柵式稱重傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)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。加上在承重臺上的被測物通過傳力杠桿系統(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn)，帶動了移動光柵轉(zhuǎn)動，使得莫爾條紋也隨之移動。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路以及顯示儀表，就可以計算出移過的莫爾條紋數(shù)量，測出光柵轉(zhuǎn)動角的大小，從而確定與讀出被測物質(zhì)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(zhuǎn)時，碼盤也隨之轉(zhuǎn)過一定角度。光電池將透過碼盤接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后由電路進行數(shù)字處理，最后在顯示器上顯示出代表被測質(zhì)量的數(shù)字。光電式傳感器曾主要用在機電結(jié)合秤上。

　　液壓式稱重傳感器

　　在受被測物重力P作用時，液壓油的壓力增大，增大的程度和P成正比。測出壓力的增大值，就可確定被測物的質(zhì)量。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡單而牢固，測量范圍大，但準確度一般不超過1/100。

　　電容式稱重傳感器

　　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(guān)系工作(圖6 )。極板有兩塊，一塊固定不動，還有一塊可移動。在承重臺加載被測物時，板簧撓曲，兩極板之間的距離發(fā)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(zhì)量。電容式傳感器耗電量少，造價低，準確度為1/200～1/500。

　　主要優(yōu)點

　　電阻、電感與電容是電子技術(shù)中的三大類無源元件，電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器，它實質(zhì)上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。

　　電容式傳感器具有下列優(yōu)點：

　　(1)高阻抗，小功率，僅需很低的輸入能量。

　　(2)可獲得較大的變化量，從而具有較高的信噪比以及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　(3)動態(tài)響應(yīng)快，工作頻率可達幾兆赫，稠b接觸測量，被測物是 導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可。

　　(4)結(jié)構(gòu)簡單.適應(yīng)性強，可在高低溫、強輻射等惡劣的環(huán)境下工作，應(yīng)用較廣。

　　隨著電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，電容式傳感器所存在的易受干擾與易受分布電容影響等缺點不斷得以克服，并且開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器：因此它在非電量測量和自動檢測中得到廣泛應(yīng)用，可測量壓力、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、A度、厚度、液位、濕度、振動、成分含量等參數(shù)。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景。

　　主要缺點缺點一：輸出阻抗高，負載能力差

　　缺點二：輸出特性非線性

　　缺點三：寄生電容影響大

　　電磁力式稱重傳感器

　　它利用承重臺上的負荷與電磁力相平衡的原理工作。在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(jīng)放大后流入線圈，產(chǎn)生電磁力，使用杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。對產(chǎn)生電磁平衡力的電流進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，就可確定被測物質(zhì)量。電磁力式傳感器準確度高，可達1/2000～1/60000，但是稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。

　　磁極變形式稱重傳感器

　　鐵磁元件在被測物重力作用下發(fā)生機械變形時，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化，使得繞在鐵磁元件(磁極)兩側(cè)的次級線圈的感應(yīng)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(zhì)量。磁極變形式傳感器的準確度不高，一般為1/100，適用在大噸位稱量工作，稱量范圍為幾十至幾萬千克。

　　振動式稱重傳感器

　　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(zhì)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(fā)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(zhì)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(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)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。

　　陀螺儀式稱重傳感器

　　轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接，并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動。外框架經(jīng)萬向聯(lián)軸節(jié)與機座聯(lián)接，而且可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)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(chǎn)生此外力的被測物的質(zhì)量。

　　陀螺儀式傳感器響應(yīng)時間快(5秒)，無滯后現(xiàn)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(yīng)變式稱重傳感器

　　利用電阻應(yīng)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(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。

　　板環(huán)式稱重傳感器

　　板環(huán)式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)具有明確的應(yīng)力流線分布、輸出靈敏度高、彈性體為一整體、結(jié)構(gòu)簡單、受力狀態(tài)穩(wěn)定、方便于加工等優(yōu)點。現(xiàn)在在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對這種結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計公式目前還不很完善。因為這種彈性體的應(yīng)變計算比較復(fù)雜,通常在設(shè)計時把它看作為圓環(huán)式彈性體進行估算。特別是對1t及以下量程的板環(huán)式傳感器設(shè)計計算誤差更大,同時往往還會出現(xiàn)較大的非線性誤差。

　　板環(huán)式稱重傳感器用途與特點：結(jié)構(gòu)緊湊、防護性能好。精度高、長期穩(wěn)定性好。適用于吊鉤秤、機電結(jié)合秤及其它力值的測量。

　　數(shù)字式稱重傳感器

　　1.定義

　　數(shù)字稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉(zhuǎn)換裝置，它主要就是指集電阻應(yīng)變式稱重傳感器、電子放大器(英文簡稱AMC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(英文簡稱ADC)、微處理器(簡稱MCU)于一體的新型傳感器。

　　2.特點以及應(yīng)用

　　數(shù)字稱重傳感器與數(shù)字計量儀表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱重技術(shù)領(lǐng)域的新寵，其以調(diào)試簡便高效、適應(yīng)現(xiàn)場能力強等優(yōu)勢正在該領(lǐng)域嶄露頭角。

　　3.S型定義

　　S型稱重傳感器是傳感器中最為常見的一種傳感器,主要用在測固體間的拉力和壓力，通用也人們也稱之為拉壓力傳感器，因此它的外形像S形狀，所以習(xí)慣上也稱S型稱重傳感器，這種傳感器采用合金鋼材質(zhì)，膠密封防護處理，安裝容易，使用方便，適用在吊秤，配料秤，機改秤等電子測力稱重系統(tǒng)。