電子皮帶秤中連續累計自動衡器的稱重傳感器種類及其工作原理
電子衡器的發展歷程中曾經采用過的稱重傳感器有多種類型,例如電阻應變式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式、振頻式,等等。
電阻應變式稱重傳感器的變換原理,是將電阻應變片粘貼在金屬彈性體上,當彈性元件受到重力產生變形時,應變片上的電阻也隨之產生形變并引起阻值的變化,從而測得與重力大小相關的質量值。
差動變壓器式和電容式稱重傳感器,是通過彈性元件將重力轉換成位移,從而引起電感量或電容量的改變,用電子裝置測量它們的變化求得質量值。
壓磁式稱重傳感器原理是利用鐵磁材料在外力作用下磁導系數和磁阻會發生改變,從而使繞在鐵芯上的線圈阻抗變化,由該阻抗的變化與重力存在的函數關系可求得質量值。
壓電式稱重傳感器的原理是以某些晶體介質在受一定方向外力作用時,會引起內部正、負電荷的相對位移,從而使晶體兩端的表面上出現極性相反的束縛電荷,由電荷密度與外力成正比的關系可求得質量值。
振頻式稱重傳感器的工作原理是利用一定材料密度和幾何尺寸的金屬絲(振弦)在受到外力時會改變其內部應力同時也會改變其固有頻率的性質,能直接將重量信號轉換為數字信號而無須經過A/D轉換,用測量振弦的頻率變化來求得質量值。以振弦式為代表的新型數字稱重傳感器正在嶄露頭角,在小秤量的臺案秤上已有較成熟的應用,新穎的振弦式皮帶秤稱重傳感器也已見有上市的報道。
然而,由于電阻應變式稱重傳感器制作簡單、工藝成熟、準確度較高(目前可做到非線性、重復性、滯后指標優于0.01% FS),一直占據90%以上的稱重傳感器市場份額,國內市場幾乎是電阻應變式稱重傳感器的一統天下。
電阻應變式稱重傳感器的瞬時輸出電壓(此處暫不考慮零點不平衡輸出電壓)跟加載的重量及輸入的激勵電壓大小成正比,即:
UP = K·p·E (式01)
式中:UP — 傳感器瞬時輸出電壓(單位mV),p —加載于傳感器的瞬時荷重(單位N或對應的質量kg),E — 輸入傳感器的激勵電壓(單位V), K— 傳感器在額定載荷下的靈敏系數(單位mV/VN或mV/Vkg)