电阻应变式传感器在电子秤中的应用

电阻应变式传感器在电子秤中的应用
作者：李玲
来源：《卷宗》2014年第10期
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
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--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。

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。

2.1 应变
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15～16um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。

一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比例关系，即
3 称重传感器的构成及主要技术指标
3.1 应变式称重传感器的构成
电阻应变式称重传感器由弹性元件、应变片和外壳所组成，电子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，绝大多数生产厂家已将电阻应变片和弹性元件做成一体，集成化。

3.2 应变片的阻值
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。

3.3 激励电压
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
称重传感器的灵敏度一般在1～2 mV/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。

4.1 柱式称重传感器
柱式称重传感器的结构和外形如图2所示，其敏感元件为圆柱体，在细的部位粘贴有四片或八片应变片。

这种传感器的特性是结构简单紧凑、易于加工，可设计成压式或拉式，或拉、压两用式，此种称重传感器可以承受很大的载荷。

其缺点是灵敏度低、精度低等。

常用于大、中量程（1～500t）电子秤。

4.2 柱环式称重传感器
柱环式称重传感器的结构与圆棒一体加工，在中央打孔，在孔内粘贴有4个应变片，在集中载荷作用下，四个应变片可获得大小相等而方向相反的应变。

其输出灵敏度较高、线性度较好。

常用于中、小量程（0.5～50t）电子秤。

4.3 悬臂梁式称重传感器
如图4所示称重传感器的弹性元件为双孔平行梁式弹性元件，由于弹性体成平行四边形，因此其输出不受力作用点位置变动的影响。

常用于小量（500g～500kg）电子秤。

4.4 环式称重传感器
环式称重传感器的结构和外形如图5所示。

由于其载荷的作用点和支持点在同一轴线上，因此它的受力状态稳定。

量程为5kg～5t电子秤通常采用此种结构的称重传感器，其精度可达0.02%。

4.5 轮辐式称重传感器
轮辐式称重传感器结构主要由五个部分组成，轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片。

轮辐和轮圈的刚度很大，因此其过载能力很强，线性测量范围也比较宽。

量程为5～50t电子秤通常采用此种结构的称重传感器。

5 小结
电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。

电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用性强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，带来社会效益和经济效益。

电子秤中的电阻应变式称重传感器，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绝大多数电子秤所用的还是电阻应变式称重传感器。

因此，电阻应变式传感器有着广阔的前景。

参考文献
[1]《自动检测与传感器的应用》颜全生主编中国劳动出版社2006第1版
[2]《传感器及应用》王倢婷主编中国劳动出版社2007第1版。