稱重傳感器按轉(zhuǎn)換原理分為電磁力式、光電式、液壓式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電陰應(yīng)變式等8類傳感器，以電阻應(yīng)變式使用最廣。在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。本文介紹稱重傳感器的工作原理和使用注意事項(xiàng)等知識(shí)。 

　　電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體(彈性元件，敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小)，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流)，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。 

　　由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述稱重傳感器工作原理。 

　　稱重傳感器原理圖 

　　一、傳感器電阻應(yīng)變片 

　　電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 

　　設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為R： 

　　R = ρL/S(Ω) (2—1) 

　　當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí)，將會(huì)伸長(zhǎng)，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作Δρ。 

　　對(duì)式(2--1)求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)后，他的電阻值改變了多少。我們有： 
　　ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 
　　用式(2--1)去除式(2--2)得到 
　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S (2—3) 
　　另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以 
　　ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 
　　從材料力學(xué)我們知道  
　　Δr/r = -μΔL/L (2—5) 
　　其中，負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí)，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2—4)(2—5)代入(2--3)，有  　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L  =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L  = K *ΔL/L (2--6) 
　　其中 
　　K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L) (2--7) 
　　式(2--6))說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對(duì)變化)和電阻絲伸長(zhǎng)率(長(zhǎng)度相對(duì)變化)之間的關(guān)系。 

　　需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個(gè)無因次量，即它沒有量綱。 

　　在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)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(2--6)常寫作：  ΔR/R = Kε (2—8) 

　　二、稱重傳感器彈性體的原理 

　　彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡;其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)(區(qū))，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 

　　以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 

　　設(shè)有一帶有肓孔的長(zhǎng)方體懸臂梁。 

　　肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。 

　　ε = (3Q(1+μ)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2--9) 
　　其中：Q--截面上的剪力;E--揚(yáng)氏模量：μ—泊松系數(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。 

　　需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。 

[$page]　　三、檢測(cè)電路原理 

　　檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵�。因�(yàn)榛菟沟?font color="#0000ff">電橋具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，