桥式称重传感器
桥式称重传感器概述：
以称重传感器为核心的电子衡器在实际的使用过程中引发故障的原因很多，有时几个故障可能同时出现。好是在传感器工作原理的基础上制作传感器检查表，以提高分析的针对性和分析效率，从而快速而又准确的发现故障。在检查称重传感器故障时，首先要对称重传感器的外观进行检查，然后根据检查表对其进行逐步的分析和测试，相信故障就会很快排除。
下面我们就来具体讲解下称重传感器称重原理，及常见故障解决方法
称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，其工作原理是把加到秤盘上的物体重量转换成与该重量成比例的电信号，然后将输出的电信号放大和A/D转换后由相关电路显示出称重信息。其中电阻应变式称重传感器由于其结构较简单，准确度高，适用面广，稳定性强，且能够在相对比较差的环境下使用，因此在衡器中得到了广泛地运用。本文就电阻应变式称重传感器的应用故障进行了一些探讨。
1：引言
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，这就需要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或佳状态，并使产品达到好的质量。因此可以说，没有众多的的传感器，现代化生产也就失去了基础。随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。电阻应变式称重传感器由于其制作工艺较为简单，加工成本较为低廉，故被企业大批量生产，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
2：电阻应变式称重传感器的组件
电阻应变式称重传感器作为质量—重量转换元件，主要由三部分组成，即电阻应变片、弹性体和测量电路。
2.1：电阻应变片（传感元件）
电阻应变片也称电阻应变计，简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片中（基底）制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。
电阻应变片的测量原理：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
R/R=K*ε（1）
其中，K为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
我们来介绍一下灵敏系数K的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：
R=ρL/S（Ω）（2）
当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
R=ΔρL/S+Lρ/S–SρL/S2（3）
用式（3）去除式（2）得到
R/R=Δρ/ρ+L/L–S/S（4）
另外，我们知道导线的横截面积S=πr2，则s=2πr*r，
所以S/S=2r/r（5）
r/r=-μΔL/L（6）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（5）（6）代入（3），有
R/R=Δρ/ρ+L/L+2μΔL/L
=［1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L）］*L/L
=K*L/L（7）
其中
K=1+2μ+（Δρ/ρ）/（ΔL/L）
式（7）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中L/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便常常把它的百万分作为单位，记作με。这样，式（1）常写作：R/R=Kμε
桥式称重传感器的工作原理与构成：
桥式称重传感器是传感器的类型之一，它是一种将能量从一种形式转换到另一种形式的设备。称重传感器是一种力传感器，将施加在称重传感器上的力转化为可测量的电信号。信号的强度随施加力的比例变化。
工业应用中最常用的称重器类型是应变片。应变片称重传感器由固定应变片的固体金属体（或“弹簧元件”）组成。应用负载时，称重传感器的主体轻微变形并偏转。偏转是指应用负载时，负载单元沿主轴的长度变化。在拉压力称重传感器中，偏转使仪表变短变厚。在张力称重传感器中，仪表被拉伸，变长变薄。为了响应体型的变化，应变片也会改变形状。这反过来又会导致应变片的电阻变化，然后可以测量为电压变化。由于输出的这种变化与施加的重量量成正比，因此可以从电压变化中确定物体的重量。
桥式称重传感器工作原理：称重传感器弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路、传输电缆是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。
桥式称重传感器优缺点：
优点：对加载点变化不敏感、抗偏载性能好、固有线性好、安装方便、称重传感器固定不旋转、制造成本低。
缺点：重心较高、过载能力较差，大秤量的称重传感器难以达到高的准确度等级。
采用桥式称重传感器的长承载器衡器，在使用过程中其球状压头随着承载器长度变化，压头也在弹性体的球窝内沿长度方向滚动，使作用力加载方向偏移，从而产生偏载。
虽然此类称重传感器的抗偏载性能比较好，但是位移量较大时也会影响一定的计量性能。为此笔者在1991年针对数字指示轨道衡产品承载器比较长的状况，考虑多只称重传感器受热胀冷缩的影响因素，申请了一个实用新型的专利将称重传感器上压头设计成两种形式，一种是保留了原设计的球面形状，用于中间四只称重传感器，起到定位作用；一种是按照球面的最高点设计成平面形状，用于端部的称重传感器，不论热胀冷缩时承载器的长度如何变化，可以保证其承载器上的作用力总是垂直作用于称重传感器上。
