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發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:48
一、稱重傳感器的基本知識:
1. 定義:GB/T7551-1997《稱重傳感器》
考慮到使用地點的重力加速度(g)和空氣浮力(f)的影響后,通過把其中一種被測量(質量)轉換成另外一種被測量(輸出)來測量質量的力傳感器。
被測量(質量) 稱重傳感器 輸出
2. 組成
敏感元件+傳感元件+測量電路
其中:敏感元件——電阻應變計; 傳感元件——彈性體; 測量電路——惠斯通電橋
二、電阻應變計工作原理:
以金屬材料為轉換元件的電阻應變計,其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應變效應。
所謂應變效應是指金屬導體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。
1. 受力前(F=0)電阻值
R=ρ*L/S
(1)式中R——金屬絲的電阻(Ω); ρ——金屬絲的電阻率(Ω*M);
L——金屬絲的長度(m); S——金屬絲的橫截面積(m2)(πD2/4)
D——金屬絲的直徑(m)
2. 受力后(F>0)電阻變化值
⊿R=R*Kε
(2)式中⊿R——電阻變化量; R——原始電阻值;
K——應變計的靈敏系數(shù); ε——軸向應變
結論:金屬絲拉伸,電阻值增加;
金屬絲壓縮,電阻值減小
3. 幾種常見的電阻應變計外形
4. 電阻應變計的組成部分
三、稱重傳感器的工作原理:
1. 兩個典型的力學模型
當F>0時,R1、R3被拉伸,阻值增大;R2、R4被壓縮,阻值減小。
2. 惠斯頓電橋
在應變計的電測技術中,應用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結構簡單、精度高、容易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點,因此能很好地滿足應變測量的要求。
電橋根據(jù)電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種,當Ui為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如上圖所示,它的四個橋臂由 R1、R2、R3、R4組成。
1) 直流電橋的電壓輸出
根據(jù)分壓原理,從D-A-C半橋來看,從D經(jīng)A到C的電壓降為Ui,通過R1、R2的電流
I1=Ui/(R1+R2)
(1)R2上的電壓降為I1R2,代入(1)得UAC=Ui*R2/(R1+R2)
(2)同樣,D-B-C半橋的電壓降也是Ui,R3上的電壓降為:
UBC=Ui*R3/(R3+R4)
(3)則輸出電壓UO是UBC與UAC之間的差,即:R1R3-R2R4 UO=UBC-UAC=Ui
(4)(R1+R2)(R3+R4)
由(4)可知,當橋臂電阻滿足如下條件時,即:R1R3=R2R4
(5)電橋的輸出電壓UO=0,電橋處于平衡狀態(tài)。
為了保證測量的準確性,在實測之前應使電橋平衡(置零),這樣輸出電壓只與應變計感受應變所引起的電阻變化有關。
2) 按上述力學模型解釋:
當F=0時,R1R3=R2R4;U0=0;
當F>0時,R1、R3增加,R2、R4減小,U0>0。
若欲得到與上述電信號相反的結果時,只需將A與C(或B與D)之間的電源正、負極互換即可。
3) 當橋臂電阻的阻值發(fā)生變化時,電橋的輸出電壓也隨著發(fā)生變化,當⊿R<<R時,其輸出電壓與電阻變化率⊿R/R(或應變ε)成線性關系。
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