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电阻式应变式称重传感器工作原理和组成材料

2023-04-20 10:32 作者:秒懂称重传感器  | 我要投稿


称重传感器的称重原理:

称重传感器是一种传感器设备,通过检查受力载体承受的负载来测量物体的力,称重传感器可以将来自载体的压力转换成相应的电信号,从而达到测量的目的,称重传感器使用金属电阻应变仪形成测量桥,其原理是金属电阻丝在张力作用下拉伸并变细,电阻增加,即金属电阻随所承受的应变力而变化,称重传感器是将重量信号或压力信号转换为电量信号的转换装置,称重传感器的金属电阻,具有阻碍电流流动的特性,一般来说,金属线越细,电阻值就越大,当金属电阻线在外力作用下伸缩时,其电阻值将在一定范围内增大或减小,因此,如果金属线紧紧地附着在被测物上,则被测物在外力作用下伸缩时,金属电阻线将成比例地伸缩,其电阻值也将相应更改。


称重传感器的材料:

l应变片及电阻元件材料:

电阻应变片的组成复杂,是复合型制造产品,应变片的基材和应变铜质的组合千变万化,根据其应变要求,目前,大约有近千种产品。一般,基材采用高分子薄膜材料,应变材质为高纯度康铜。基材上的康铜通过光学处理后刻蚀不同感应形变的电阻栅丝。因此,电阻应变片的品质不仅与基材材质和复合的金属纯度有关,而且与复合工艺、刻蚀技术及工艺、刻蚀化学材料及后处理工艺和材料等等因素相关。

l弹性体的材料:

宁波辰邦称重传感器弹性体材料,一般选用金属材质,可选用的材质大部分为铝合金材质、合金钢材质及不锈钢材质。合金材质既有刚度保证形变一致及形变恢复,又有良好的耐候防腐性能。弹性体的主要要求就是能够精确传递受力信息并保持在相同受力时的形变一致性和完全复位性。

l贴片粘合剂的材质:

电阻应变片贴片用粘合剂主要采用双组分高分子环氧系列粘合剂,高分子化学产品的性能与各个组分的物理及化学指标密切相关,如纯度、分子链的结构和大小、储存时间、组分的配比、分子改性、混合方式、混合熟化使用时间、固化时间、固化温度、助剂及百分比等因素。

l导线密封材料及方式:

称重传感器的每个组成部分都会影响传感器最终的技术性能,一些测力传感器仅仅采用简单固定的方式避免传感器导线的移动而损伤传感器的电子电路固定,一些传导距离很短的称重传感器甚至仅仅依靠胶封固定。但较大体积、重量较大的称重传感器,如果没有适当导线固定或密封的方式,就是称重传感器最易产生故障的瓶颈。特别是加装密封头固定导线时,紧固件的材质及紧固力度也会给称重传感器的最终技术性能带来影响。观察者发现,很少有使用紧固件安装使用密封粘合剂的,这样可以避免依靠紧固力固定带来的残余应力,也不会由于紧固力不足而产生泄露的问题。

l密封胶的材质:

在焊接技术及设备不充分的称重传感器初期阶段,均采用专用硅橡胶密封胶系列。硅橡胶具有长期化学稳定性,因此,防腐、防潮、耐老化、绝缘等各项性能优异,长期以来一直是所有密封胶的首选产品。

l称重传感器的导线材质:

导线依然是测力传感器组成的一部分,称重传感器导线的金属材质,由于家庭电器的电线使用,质量差异都有切身体会。毕竟导线是桥路供电、信号输出、长线激励电压补偿的通路,镀银线肯定比铜线传导效果好,铜线肯定比铝线传导效果好,其作用不言而喻。随着各种高频、无线电波等越来越多的干扰,称重传感器的优良屏蔽也是保护信号稳定的重要方法。另外,环境侵蚀、虫鼠侵害、防火阻燃等也需要传感器保护层的材料防腐防虫防火防爆,甚至需要采用铠甲保护、套管防护等方法。


称重传感器工作过程:

要回答"称重传感器是如何工作的?" 我们首先需要知道"应变片是如何工作?"应变片是测量施加力时电阻变化的装置。典型的应变片由非常细的线或箔网,以网格模式设置,当沿一个轴施加应变时,产生线性电阻变化。有多种类型的应变片可供选择:


线性应变片:连接到应变片背的导线与应变片的边缘平行。这些用于测量轴向应变和弯曲应变。

剪切应变片:连接到应变片背的导线以 45o 方向布置到压力架两侧。这些用于测量剪切应变。

应变片通常与更多应变片配合使用,以提高精度。一个有源应变片称为四分之一桥,两个有源应变片为半桥,四个有源应变片称为全桥。


应变片电阻变化在张力称重电池与压缩称重细胞不同。张紧力使应变片变薄变长,增加电阻。压缩力使应变片变厚变短,电阻降低。应变片粘附在薄背(托架)上,该背衬直接连接到称重单元,使应变片能够体验称重传感器的应变。

单应变片测量的电阻变化非常小,约为 0.12°。负载单元的灵敏度随施加的应变片数而增加。将这些小变化转化为更可衡量的一个好方法就是将它们作为惠斯通桥互连。


称重传感器在受到外力作用后,粘贴在弹性体的应变片随之产生形变引起电阻变化,电阻变化使组成的惠斯登电桥失去平衡输出一个与外力成线性正比变化的电量电信号。


工业应用中最常用的称重器类型是应变片式称重传感器。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。机身通常由铝、合金钢或不锈钢制成,使其非常坚固,但弹性极小。应用称重时,称重传感器的主体会稍微变形,但除非过载,否则始终会返回到其原始形状。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成正比,因此可以从电压变化中确定物体的重量。

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