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德國(guó)HBM稱重傳感器主要有四點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

電阻,、電感和電容是電子技術(shù)中的三大類無源元件，電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器,，它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器,。
電容式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)高阻抗，小功率,，僅需很低的輸入能量,。
(2)可獲得較大的變化量，從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性,。
(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,，工作頻率可達(dá)幾兆赫，稠b接觸測(cè)量,，被測(cè)物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可,。
(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．適應(yīng)性強(qiáng)，可在高低溫,、強(qiáng)輻射等惡劣的環(huán)境下工作,，應(yīng)用較廣。
隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，電容式傳感器所存在的易受干擾和易受分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服,，而且還開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器：因此它在非電量測(cè)量和自動(dòng)檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量壓力,、位移,、轉(zhuǎn)速、加速度,、A度,、厚度、液位,、濕度,、振動(dòng),、成分含量等參數(shù)。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景,。
主要缺點(diǎn)
缺點(diǎn)一：輸出阻抗高,，負(fù)載能力差
缺點(diǎn)二：輸出特性非線性
缺點(diǎn)三：寄生電容影響大
電磁力式
它利用承重臺(tái)上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作。當(dāng)承重臺(tái)上放有被測(cè)物時(shí),，杠桿的一端向上傾斜,；光電件檢測(cè)出傾斜度信號(hào)，經(jīng)放大后流入線圈,，產(chǎn)生電磁力,，使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。對(duì)產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,，即可確定被測(cè)物質(zhì)量,。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/2000～1/60000,，但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。
磁極變形式
鐵磁元件在被測(cè)物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化,，使繞在鐵磁元件（磁極）兩側(cè)的次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測(cè)量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,，進(jìn)而確定被測(cè)物的質(zhì)量,。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100,，適用于大噸位稱量工作,，稱量范圍為幾十至幾萬千克。
振動(dòng)式
彈性元件受力后,，其固有振動(dòng)頻率與作用力的平方根成正比,。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力,，進(jìn)而求出其質(zhì)量,。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
振弦式傳感器的彈性元件是弦絲,。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí),，V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下，且左弦的拉力增大,，右弦的拉力減小,。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差,，即可求出被測(cè)物的質(zhì)量,。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高,，可達(dá)1/1000～1/10000，稱量范圍為100克至幾百千克,，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，加工難度大，造價(jià)高,。
音叉式傳感器的彈性元件是音叉,。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩,，并可測(cè)出振蕩頻率,。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí)，音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,，增加的程度與施加力的平方根成正比,。測(cè)出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力,，進(jìn)而求出重物質(zhì)量,。音叉式傳感器耗電量小，計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000～1/200000,，稱量范圍為500g～10kg,。
陀螺儀式
轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接,，并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。外框架經(jīng)萬向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接,，并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn),。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí),，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)（進(jìn)動(dòng)）,。進(jìn)動(dòng)角速度ω與外力P/2成正比，通過檢測(cè)頻率的方法測(cè)出ω,，即可求出外力大小,，進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測(cè)物的質(zhì)量。
陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒),，無滯后現(xiàn)象,，溫度特性好（3ppm）， 振動(dòng)影響小,， 頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高,，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000～1/60000)。
電阻應(yīng)變式
利用 [2]
電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件,、電阻應(yīng)變片,、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。
板環(huán)式
板環(huán)式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)具有明確的應(yīng)力流線分布,、輸出靈敏度高,、彈性體為一整體、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、受力狀態(tài)穩(wěn)定,、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。目前在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對(duì)這種結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計(jì)公式目前還不很完善,。因這種彈性體的應(yīng)變計(jì)算比較復(fù)雜,通常在設(shè)計(jì)時(shí)把它看作為圓環(huán)式彈性體進(jìn)行估算,。特別是對(duì)1t及以下量程的板環(huán)式傳感器設(shè)計(jì)計(jì)算誤差更大,同時(shí)往往還會(huì)出現(xiàn)較大的非線性誤差。
板環(huán)式稱重傳感器用途與特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊,、防護(hù)性能好,。精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,。適用于吊鉤秤,、機(jī)電結(jié)合秤及其它力值的測(cè)
數(shù)字式
1.定義
數(shù)字稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置，它主要是指集電阻應(yīng)變式稱重傳感器,、電子放大器（英文簡(jiǎn)稱AMC）,、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)（英文簡(jiǎn)稱ADC）、微處理器（簡(jiǎn)稱MCU）于一體的新型傳感器,。
2.特點(diǎn)和應(yīng)用
數(shù)字稱重傳感器和數(shù)字計(jì)量?jī)x表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱重技術(shù)領(lǐng)域的新寵，其以調(diào)試簡(jiǎn)便高效,、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)正在該領(lǐng)域嶄露頭角,。
3.S型定義
S型稱重傳感器如圖1所示是傳感器中最為常見的一種傳感器,主要用于測(cè)固體間的拉力和壓力，通用也人們也稱之為拉壓力傳感器,，因?yàn)樗耐庑蜗馭形狀,，所以習(xí)慣上也稱S型稱重傳感器，此傳感器采用合金鋼材質(zhì),，膠密封防護(hù)處理,，安裝容易，使用方便,，適用于吊秤,，配料秤，機(jī)改秤等電子測(cè)力稱重系統(tǒng),。
電阻應(yīng)變式稱重傳感器 [3]
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，使粘貼在它表面的電阻應(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?。俳?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)變式稱重傳感器中的幾個(gè)主要部分,。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。
一,、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,、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)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù),。
以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)。
三,、檢測(cè)電路
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)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響,，可以抑制側(cè)向力干擾,，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用,。
因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高,，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷,，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋,。