稱重傳感器應用之電子秤

如圖1所示一次儀表通常指的是傳感器，它是由敏感元件、電路、機構等組成，是利用某些特殊材料對某些物理量具有一定的敏感，然后轉換成電量、電壓、電流。通常來自一次儀表的電信號比較弱小，不足以驅動顯示器，為此采用二次儀表對信號進行放大，來自一次儀表的電信號往往還夾帶外部的干擾信號，必須把它去除，一般二次儀表還包括濾波電路用以消除干擾。傳感器的轉換關系往往并不服從線性關系，所以有時還需要進行適當的線性補償處理。故稱二次儀表為測量與顯示部件。二次儀表的輸出信號可能是模擬量，也可能是數字量。三次儀表是采用了計算機技術，所以要求二次儀表的輸出信號必須是數字信號，三次儀表將進一步對信號進行處理并形成控制量輸出。作為規模較小的儀表系統，三次儀表主要是以中央處理器為核心的數字電路，組成智能化儀表。使整個測量系統的性能與功能大大提高。 

各種各樣形式的電子秤的儀表結構都是大同小異的，都必須利用稱重傳感器來采集重量信號并變換成相應大小的電信號。 

2、電子稱工作原理 

當物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發生形變，從而使阻抗發生變化，同時使用激勵電壓發生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經放大電路放大輸出到模數轉換器。轉換成便于處理的數字信號輸出到CPU運算控制。CPU根據鍵盤命令以及程序將這種結果輸出到顯示器，直至顯示結果。 

3、電子稱中傳感器的選用 

（1）稱重傳感器的構成 

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。 

（2）稱重傳感器的測量原理及構造原理 

測量原理：稱重傳感器采用金屬電阻應變片組成測量橋路，利用金屬電阻絲在張力作用下伸長變細，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應變而變化的效應而制成的（應變，就是尺寸的變化）。 

構造原理：金屬電阻具有阻礙電流流動的性質，即具有電阻（Ω），其阻值依金屬的種類而異。同一種金屬絲，一般來講，越是細長，其電阻值就越大。當金屬電阻絲受外力作用而伸縮時，其電阻值就會在某一范圍內增減。因此，將金屬絲（或膜）緊貼在被測物體上，而且這種絲或膜又很細或很薄，粘貼又十分完善，那麼，當被測物體受外力而伸縮時，金屬電阻絲（膜）也會按比例伸縮，其阻值也會相應變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應變片粘貼在金屬稱重梁上進行測量重量信號的。 

（3）稱重傳感器的選用 

能夠實現力→電轉換的稱重傳感器有多種，常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。電阻式傳感器又分為金屬絲箔式、半導體式，它們各有優缺點及使用范圍。  

大多數電子秤的使用場合是極為普通的室內外的大氣層環境，所謂的溫度條件是-10℃~55℃。選用金屬箔式應變片傳感器作為電子秤的荷重傳感器是最廣泛的應用。因為金屬箔式應變片在這個溫度范圍內具有精度高、穩定性好、線性、轉換電路簡單成本較低等優點。相對半導體應變片盡管也能適用并且也有不少優點，如靈敏度高、體積小、響應速度快等，但是對溫度的敏感，以前一直是它的缺陷，雖然目前已經通過激光修補工藝解決了溫度補償問題，可是生產成本高成為廣泛使用的阻礙。電容式荷重傳感器也是一種可選對象，但是需要穩定的交流電源作為工作電源，技術要求高、電路復雜、適用于安裝空間小、響應速度快的場合。壓磁式荷重傳感器特別適用于環境溫度較高的場合，但是精度不高，僅適用于大噸位秤重。選用荷重傳感器的基本要求是：靈敏度高、函數關系呈線性、重復性好、長期穩定。

如圖所示，為三種常見的應變片荷重傳感器。圖a為圓柱式荷重傳感器，彈性元件為合金鋼材料。圖b為梁式荷重傳感器，彈性元件為彈簧鋼材料。圖c為S型剪切式荷重傳感器，彈性元件為鋁合金材料。三種結構形式的荷重傳感器均為壓縮式受力，根據測重范圍的需要，采用不同的彈性模量的材料。通常荷重傳感器的測量范圍與分辨率是互相制約的，測量范圍越大，則分辨率越差。反之，測量范圍越小，則分辨率越好。 

4、傳感器在電子稱中的應用      

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，使粘貼在它表面的電阻應變片（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?。?，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。 

5、電子稱分類  

（1）按原理分：電子秤 機械秤 機電結合秤 多功能電子秤；