電阻應(yīng)變式傳感器在電子汽車衡應(yīng)

1、電阻應(yīng)變式傳感器在汽車稱重領(lǐng)域的應(yīng)用電氣自動(dòng)化14-03班（學(xué)號(hào):04141304）姓名:姜山【摘要】本文詳細(xì)論述了電阻應(yīng)變片傳感器的工作原理和主要組成部分，詳細(xì)介紹了電阻應(yīng)變片傳感器在汽車稱重領(lǐng)域汽車衡上的應(yīng)用以及汽車衡的安裝與維護(hù)問(wèn)題。【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)，電阻應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變式傳感器，電橋電路，稱重系統(tǒng)，汽車衡安裝與維護(hù)。1.引言我們都知道我們經(jīng)常需要對(duì)于大型物體進(jìn)行稱重，例如在煤礦中，我們需要知道運(yùn)貨煤車裝了多少噸的煤，這不僅僅關(guān)系到煤礦的效益，而且也是對(duì)拉煤人員負(fù)責(zé)，防止由于過(guò)載造成一系列的人身事故。對(duì)于這些重達(dá)幾頓甚至幾十噸的貨物來(lái)說(shuō)，采用傳統(tǒng)的稱量方法顯然是不切實(shí)際的。在當(dāng)今我們都

2、采用汽車衡來(lái)衡量大型物體的質(zhì)量。汽車衡俗稱地磅，是于大宗貨物計(jì)量的主要稱重設(shè)備。在二十世紀(jì)80年代之前常見的汽車衡一般是利用杠桿原理純機(jī)械構(gòu)造的機(jī)械式汽車衡,也稱作機(jī)械地磅。二十世紀(jì)80年代中期，隨著高精度稱重傳感器技術(shù)的日趨成熟機(jī)械式地磅逐漸被精度高、穩(wěn)定性好、操作方便的電子汽車衡所取代。因此本文將詳細(xì)介紹采用電阻應(yīng)變傳感器所制成的電子汽車衡。2.解決方法電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成,可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高,測(cè)量范圍廣、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻響特性好,能在惡劣條件下工作,易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等，因此它

3、被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。（1）電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是: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?。?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(guò)程,即可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。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。醫(yī)I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（結(jié)構(gòu)圖如圖3所

4、示）。它的工作原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)，所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長(zhǎng)或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象（如圖1所示）。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：R=pL/S式中：p金屬導(dǎo)體的電阻率（Qm）;S導(dǎo)體的截面積（mJ兒一導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）.在外力F的作用下，電阻絲的R、L、S（r）發(fā)生變化，則引起電阻相應(yīng)變化AR，相對(duì)電阻變化為：AR/R=AL/L+Ap/p-AS/S由S=nr2得AS=2nrAr.S/S=2Ar/r由材料力學(xué)的原理可知Ar/r=-uAL/L式中r金屬圓柱的半徑;u材料的泊松系數(shù)，u=00.5QL/L電阻絲縱向應(yīng)變:&/一一電阻絲橫向應(yīng)變。.R/R

5、ML/L+Ap/pJS/SMp/p+(1+2u)AL/L它的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)Ks:它的定義是單位長(zhǎng)度應(yīng)變引起的電阻的相對(duì)變化。.Ks=AR/R/(AL/L)=1+2u+Ap/p/(AL/L)考慮到對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)Ap/p很小，所以可以忽略不計(jì)，這樣我們就得出Ks=1+2u彈性體彈性體是一個(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)變電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。檢測(cè)電路由于應(yīng)變量以及以及應(yīng)變片其電阻的變化一般都35圖2ADUI-Ji蘭層2-基底引蜒拓合拊議密圭很

6、微小，所以我們需要使用檢測(cè)電路把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。我們通常采用電橋測(cè)量。電橋可以抑制溫度變化的影響,能比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等,電橋測(cè)量方法在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。全橋式等臂電橋的靈敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵消,所以稱重傳感器一般采用全橋差動(dòng)電橋，全橋電路具有靈敏度高，非線性誤差為零的優(yōu)點(diǎn)，其電路如右圖所示一一測(cè)量電橋的工作原理。電子汽車衡的結(jié)構(gòu)如下圖所示。通過(guò)應(yīng)變片在汽車衡上的黏貼來(lái)組成差動(dòng)電路，以便于進(jìn)一步的處理與應(yīng)用電子汽車衡由稱體，46個(gè)稱重傳感器，以及稱重顯示控制儀表等組成基本系統(tǒng)還可配備數(shù)字輸出接口部件打印機(jī)等，點(diǎn)化線內(nèi)為

7、可裝備設(shè)備。電子汽車衡的工作原理:電子汽車衡主要由秤臺(tái)、稱重傳感器、稱重顯示儀表、接線盒等部件組成，還可根據(jù)需要，配置打印機(jī)、大屏幕顯示器、計(jì)算機(jī)、電源穩(wěn)壓器等設(shè)備，當(dāng)被稱量貨物或載重車輛置于秤臺(tái)上時(shí)，在重力作用下，使稱重傳感器的彈性體產(chǎn)生變形，貼附于彈性體上的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路轉(zhuǎn)換，輸出與重量數(shù)值成比例的電信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由儀表的微處理機(jī)對(duì)重量信號(hào)處理后，重量數(shù)據(jù)便顯示在稱重儀表上，便可以從顯示器上直接讀取物體的質(zhì)量，我們甚至可以將顯示結(jié)果輸出打印出來(lái)，以便于存檔和分析(其工作示意圖如右圖所示)。3.總結(jié)當(dāng)我們安裝好汽車衡以后，我們應(yīng)

8、當(dāng)注意汽車衡日后的維護(hù)問(wèn)題。由于電子汽車衡在室外環(huán)境下使用，電子汽車衡很容易受灰塵、雷雨天氣、人為因素等各種外界因素的影響，輕重造成電子汽車衡計(jì)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，重則損壞電子汽車衡的內(nèi)部元件和結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)癱瘓。尤其是雨水和雷電都會(huì)對(duì)電子汽車衡造成嚴(yán)重的損壞，甚至對(duì)一些室內(nèi)使用的稱重儀器也會(huì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致儀表的損壞，在我國(guó)因雷雨而造成的電子汽車衡報(bào)修事件屢見不鮮。在遭遇雷雨天氣時(shí)，雖然采用直接拔電子汽車衡的插頭是一種有效的應(yīng)急方式，但是這種方式也會(huì)影響電子汽車衡的正常持續(xù)工作，可用程度不高。因此我們可以在電子汽車衡秤體附近安裝避雷針等避雷設(shè)施，這樣可以有效的防止雷電損害電子汽車衡，提高電子汽車衡施工的持續(xù)性和效率，同時(shí)我們可以將汽車衡的關(guān)鍵部位接地，通過(guò)各個(gè)接地電線的鏈結(jié)形成一個(gè)有效的接地網(wǎng)。防止直擊雷在雷擊室外稱體后產(chǎn)生的感應(yīng)電而影響室內(nèi)的稱重儀表屏蔽層也應(yīng)該像室外秤體感應(yīng)器一樣做有效的接地保護(hù)措施；安裝空氣開關(guān)保護(hù)