【摘 要】 稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置，其工作原理是把加到秤盤上的物體重量轉換成與該重量成比例的電信號，然后將輸出的電信號放大和A/D轉換后由相關電路顯示出稱重信息。其中電阻應變式稱重傳感器由于其結構較簡單，準確度高，適用面廣，穩定性強，且能夠在相對比較差的環境下使用，因此在衡器中得到了廣泛地運用。本文就電阻應變式稱重傳感器的應用故障進行了一些探討。
【關鍵詞】 稱重傳感器；放大；電阻應變；衡器
Abstract: Load cell is a device to convert a quality signal into a measurable electrical signal, its working principle is to convert a quality signal into an electrical signal proportional to the weight , then the output signal is showed after amplification and A/D conversion circuit . The resistance strain type load cell has been widely used in the scale due to its simple structure, high accuracy, wide application range, strong stability, and can be in a relatively poor environment. We will discuss the resistance strain load cell application in this paper.
Key words: load cell；amplify；resistance strain；scale
1 引言
在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，這就需要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或*狀態，并使產品達到的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。隨著技術的進步，由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業，實現了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現，工業生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置。電阻應變式稱重傳感器由于其制作工藝較為簡單，加工成本較為低廉，故被企業大批量生產，在我國工業生產過程檢測與控制、自動計量等領域已大量應用。
2 電阻應變式稱重傳感器的組件
電阻應變式稱重傳感器作為質量—重量轉換元件，主要由三部分組成，即電阻應變片、彈性體和測量電路。
2.1 電阻應變片（傳感元件）
電阻應變片也稱電阻應變計，簡稱應變片或應變計，是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。它能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化。電阻應變片是由Φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片中（基底）制成。用鍍銀銅線與應變片絲柵連接，作為電阻片引線。
電阻應變片的測量原理：金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲粘貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發生電阻變化。
ΔR/R=K*ε （1）
其中，K為材料的靈敏系數，其物理意義是單位應變的電阻變化率，標志著該類絲材電阻應變片效應顯著與否。ε為測點處應變，為無量綱的量，但習慣上仍給以單位微應變，常
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用符號με表示。由此可知，金屬絲在產生應變效應時，應變ε與電阻變化率dR/R成線性關系，這就是利用金屬應變片來測量構件應變的理論基礎。
我們來介紹一下靈敏系數K的意義。設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：
R=ρL/S（Ω） （2）
當它的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。
對式（2--1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：
ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2 （3）
用式（3）去除式（2）得到
ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S （4）
另外，我們知道導線的橫截面積S=πr2，則Δs=2πr*Δr，
所以 ΔS/S=2Δr/r （5）
Δr/r=-μΔL/L （6）
其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數。把式（5）（6）代入（3），有
ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L
=［1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L）］*ΔL/L
=K*ΔL/L （7）
其中
K=1+2μ+（Δρ/ρ）/（ΔL/L）
式（7）說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。
靈敏度系數K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（1）常寫作：
ΔR/R=Kμε
2.2 彈性體（敏感元件）
彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產生一個高品質的應變場（區），使粘貼在此區的電阻應變片比較理想的完成應變到電信號的轉換任務。用做稱重傳感器彈性體的金屬材料，由于其內部復雜的組織結構關系，當受到外力作用后在微小晶粒之間會產生微應變，在外力消失以后，微應變隨之消失，但是是否能夠*恢復到不受力的原始狀態，則因彈性體的金屬材料而異。如果加載力的曲線和卸載力的曲線不重合，差值越大，則遲滯性越大。其差值主要來源于材料本身成分的穩定性、均勻性、熱處理后的徑向組織等等。知道遲滯性產生的原因，我們可以通過選擇合適的金屬材料，采用*的熱處理方式提高彈性極限，來減小產生遲滯性從而取得很好的綜合機械性能。
傳感器彈性體設計時應遵守以下原則：
（1）彈性元件應變區受力單一，應力分布均勻；
（2）支承區盡量形成剛性固定，安裝力遠離應變區，必要時采取柔性隔離技術；
（3）加載、承載的壓頭、壓墊設計，應使加載線與彈性元件中心線重合，保證加載點