1.1称重传感器的定义及组成

1.1.1定义：GB/T7551-1997《称重传感器》

考虑到使用地点的重力加速度（g）和空气浮力（f）的影响后，通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。

被测量（质量）      称重传感器        输出

1.1.2 组成：敏感元件+传感元件+测量电路

其中：敏感元件——弹性体；传感元件——电阻应变计；测量电路——惠斯登电桥

1.2电阻应变式传感器的工作原理

以金属材料为转换元件的电阻应变计，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。

所谓应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。如图1.2-1所示：

图1.2-1

1）受力前（F=0）电阻值                              2）受力后（F＞0）电阻变化值

R=ρ。L/S                   （1）                  ⊿R=R*Kε                  （2）

式中R——金属丝的电阻（Ω）；                        式中⊿R——电阻变化量；

ρ——金属丝的电阻率（Ω*M）；                       R——原始电阻值；

L——金属丝的长度（m）；                             K——应变计的灵敏系数；

S——金属丝的横截面积（m2）（πD2/4）                ε——轴向应变

D——金属丝的直径（m）                                

结论：金属丝拉伸，电阻值增加； 金属丝压缩，电阻值减小。

3）几种常见的电阻应变计外形

4. 电阻应变计的组成部分

5. 我公司常用应变计的阻值（Ω）

350；700；1000

三、称重传感器的工作原理

1. 两个典型的力学模型

当F＞0时，R1、R3被拉伸，阻值增大；R2、R4被压缩，阻值减小。

2. 惠斯顿电桥

在应变计的电测技术中，应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。

电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成。

1) 直流电桥的电压输出

根据分压原理，从D-A-C半桥来看，从D经A到C的电压降为Ui，通过R₁、R₂的电流

I₁=Ui/（R₁+R₂）                         （1）

R2上的电压降为I₁R₂，代入（1）得

U_AC=Ui*R₂/（R₁+R₂）                    （2）

同样，D-B-C半桥的电压降也是Ui，R3上的电压降为：

U_BC=Ui*R₃/（R₃+R₄）                    （3）

则输出电压U_O是U_BC与U_AC之间的差，即

                   R₁R₃-R₂R₄

U_O=U_BC-U_AC=                  Ui       （4）

（R₁+R₂）（R₃+R₄）

由（4）可知，当桥臂电阻满足如下条件时，即

R1R3=R2R4                       （5）

电桥的输出电压U_O=0，电桥处于平衡状态。

为了保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（置零），这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。

2) 按上述力学模型解释：

当F=0时，R1R3=R2R4；U₀=0；

当F＞0时，R1、R3增加，R2、R4减小，U₀＞0。

若欲得到与上述电信号相反的结果时，只需将A与C（或B与D）之间的电源正、负极互换即可。

3) 当桥臂电阻的阻值发生变化时，电桥的输出电压也随着发生变化，当⊿R<<R时，其输出电压与电阻变化率⊿R/R（或应变ε）成线性关系。