电阻应变式传感器在电子秤中的应用

１ 引 言
电子秤 中的电阻应变 式传感 器又称 称重传 感器，是一种能够将 重 力转变为 电信号的力～ 电转换装置 ，是电子衡器的一个关键 部件。能 够实现力一 电转换的传感器有多种 ，但绝大多数衡器产品所用的还是 电阻应 变式称 重传感器 。 电阻应变式称 重传感器 结构 简单，价格低 廉 ，精度较高 ，线性度好 ，且能够在相对 比较差的环境下使用 。因此 电阻应 变式 称 重 传 感 器在 电子 衡 器 中得 到 了广 泛的 运 用 。
４ ． １柱 式称 重传 感 器
电阻应变式传感器的使用方法主要有两种 。第一种是将应变片直 接粘贴 于被测构件上 ，用来 测量构件 的应变或应力 ；第二种是将应变 片粘贴 于弹性元件上 ，与弹性元件 一起构成 电阻应变式传感器 。弹性 元件将被测物 理量转 换为成 正比变化 的应变 ，再通过应变 片转换为 电
阻变 化 输 出 。 电阻应变式传感器应变 电阻的变化是极其微弱的 ，电阻相对变化 率仅为０ ． ２ ９ ６ 左 右 。要 精 确 地 测 量 这 么 微 小 的 电阻 变 化 是 非 常 困难 的 ，
般 的电阻测量仪表无法满 足要求 。通常采用 惠斯通 电桥 电路进行测 量 ，将 电阻相对变化△Ｒ 一～Ｒ 转换为 电压或 电流 的变化 ，再用测量仪 表或 电阻应变 式传感器专用测量 电路便可 以简单方便地进行测量。 惠斯通电桥电路 如图１ 所示。Ｒ ｌ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 、Ｒ ４ 为 四个桥臂的电阻， 电桥 的供 电电压 为ｕ ，电桥 输出 电压为 。在被 测物体 未施 加作用 力 时 ， 应 变 为 零 ，应 变 电 阻 没 有 变 化 ， 四 个 桥 臂 的 初 始 电 阻 满 足 Ｒ １ ／ Ｒ ２ ＝ Ｒ ３ ／ Ｒ ４ 时 ，桥 路 输 出 电压 Ｕ ＾ 为 零 ， 即 桥路 平 衡 。 如果 电桥 电压 保持不变 ，电桥 的输 出电压ｕ Ｏ 可 以用下式近似表
２ ． １Leabharlann 变 电阻应变 片由基 体材料 、金属应 变丝或应变 箔、绝缘保护片和 引 出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可 以由设 计者 设计 。但 电阻 的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太 大， 同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环 境中使用 ，使应变 片的阻值变化太大 ，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂；而 电阻 太大 ，阻抗太高，抗外界的 电磁干扰能力较差。电阻应变 片的阻值一 般均为几十欧至几十千欧左右。
２ ． ２测 量 电桥
其中
称重传感器的灵敏度一般在 ｌ ～２ ｍ ｖ ／ Ｖ 之间。 ４称重传感 器的选择 传 感器弹性元件 一般是由优质 合金钢材 、有 色金属铝 、铍青铜等 材料制成，其外形结构多种多样。常见的有柱式、悬臂梁式 、环式、 轮辐 式等 不同结构的传 感器 的量程 范围、安装形 式和适用场所 也不尽相同。称重传感器 的选择，量程是最为重要的因素。
一
惠斯通电桥桥路 需要一 定的激励 电压 。桥路激励 电压太高 ，桥路 电阻容 易自热；太低 ，又会使桥 路输 出太 小 。一 般约为几伏 到十几 伏。
３ ． ４灵 敏度
比例 关 系 ， 即
△Ｒ ／ Ｒ － Ｋ￡
如 果传 感器 的 灵敏度 为 １ ｍ Ｖ／Ｖ， 那 么 在 ５ Ｖ Ｄ Ｃ激 励 电源 作 用 下 传 感 器 在 额 定 载 荷 时 的 输 出 信 号 应 该 为 ：
Ｕ ｏ ｕ ｔ ＝ Ｓ ＊ Ｕ ｉ ｎ ＝ ｉ ｍ Ｖ ／ Ｖ ＊ ５ Ｖ ＝ ５ ｍ Ｖ
Ｒ ～ 一 应 变 片 原 电 阻值 （ Ｑ ）； △Ｒ 一一伸长或压缩 引起的电阻变化值 （ Ｑ）； Ｋ 一一 比例常数 （ 应变片常数）； ｅ 一一应 变，单位长度 内的形变，应变分为拉伸和压缩两种 ，可 用正负号加以区别：拉伸一正 （ ＋ ）；压缩一负 （ 一）。
秤的称重传感器为电阻应变 式称 重传感器 ，其弹性元件是应变梁 。弹 性元件是称重传感器的基础 ，被测物 的重量作用在 弹性元件上 ，使其 在某一部位产 生较大的应变 或位移 ；弹性元件上 的应变片作为传感元 件，将弹性元件敏感的应变量或位 移完全地 同步地转换为 电阻值 的变 化量 ，然而再通 过测量 电桥转换成 电信号 ， 以完成对 重力 的测 量 。 目前 ， 绝 大 多 数 生 产 厂 家 己将 电 阻 应 变 片和 弹性 元件 做 成 一体 ，集 成
科 学 技 术
电阻应 变式传感器在 电子秤 中的应用
李 玲
盐城 ２ ２ ４ ０ ０ ２ ） （ 江苏 省 盐城 技师 学 院 电气 工程 系 ，江 苏
摘
要 ：应变片里面的材料随着外界的应变伸长或缩短 ，其阻值也就会相应地变化。电阻应变式传感器中应变电阻的变化极其微弱，仅为０ ． ２ ％ 左
３ ． ３激 励 电压
电阻应变片分为金属 电阻应变片和半导体应变片两大类 。在称重 传感器 中大 多数使用的是金属 电阻应变片 。 将 电阻丝排成栅网状 ，粘贴在厚度约为ｌ ５ ～１ ６ ｕ ｍ 的绝缘基片上 ， 电阻丝两端焊 出引出线 ，最后用覆盖层进行保护 ，即成为应变片 。使 用 时 只 要将 应 变 片 贴 于被 测 物 体 上就 可 构 成 应 变式 传 感 器 。 般金属应变片的 电阻变化率为常数 ，应变片的阻值与应变成正
右 ，一 般使 用 惠斯 通 电桥 进 行测 量 。其 作 为称 重传 感 器使 用 时 ，将根 据 不 同 的量程 选 用 不 同的弹 性体 。通过 典 型 电子秤 线路 的介 绍 ，进 一步 分析 了应 变式传 感 器在 电子 秤 中 的应用 关键 词 ：应 变片； 原 理； 称 重传感 器选择 ； 电子 秤 中应 用
化。 ３ ． ２ 应 变片 的阻 值
２电阻应变式传感 器的原理 导体或半导体材料在外力作用下伸长或缩短时 ，它 的电阻值会相 应地发生变化 ，将应变片贴在被测物体上 ，使其随着被测物 的应变一 起伸缩 ，这样应变片 里面 的金属材料就随着外界 的应变伸长或缩短 ，
其阻值也就会相应地变化 。应变片就是利用应变效应 ，通过测量 电阻 的变 化 而对 应 变 进 行 测 量 的 。