一篇文章带你详细了解称重传感器的种类以及应用

　　一、什么是称重传感器

　　称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。在衡器上，它起着至关重要的作用，能够将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。

　　用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。比如，在一些特殊的工作环境中，如高温、高湿、高腐蚀、电磁场干扰等情况下，就需要选择特定类型的称重传感器。例如，在高温环境下应使用高温称重传感器;在高湿度环境下，应选择密封的称重传感器;在高度腐蚀的环境中，需要对传感器的弹性体进行特殊处理，以实现耐腐蚀的性能;在电磁场干扰的环境中，必须严格检查称重传感器的屏蔽性能，以确保其具有良好的抗电磁辐射能力。

　　称重传感器有多种样式，主要有 S 型、悬臂型、轮辐式、板环式、膜盒式、桥式、柱筒式等。不同样式的传感器适用于不同的场景，例如，铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等;钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等;钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等;柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。

　　称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等 8 类，以电阻应变式使用最广。不同类型的传感器有着各自的特点和适用范围，比如电容式传感器耗电量少，造价低，动态响应快，可在恶劣环境下工作;电磁力式传感器准确度高，但称量范围较小。

　　总之，正确考虑实际工作环境，选择合适的称重传感器，对于保证衡器的正常运行和准确性至关重要。

　　二、称重传感器的工作原理

　　1. 电阻应变式惠斯通原理

　　称重传感器测量方式通常采用电阻应变式惠斯通原理。当传感器受力后，其弹性体产生形变，应变片电阻值随之发生变化。应变片固定在传感器弹性体上，传感器受力导致弹性体形变，正常情况下传感器最大形变是 0.2mm，贴在传感器上的弹形体应变片也会产生形变。受力越大，形变就越大，最大也是 0.2mm。由于应变片外部形状的变化，其电阻值也会相应改变。左上角和右下角应变片被压缩，电阻薄膜变短，阻值变小;右上角和左下角应变片被拉伸，电阻薄膜变长，阻值变大。对于每只称重传感器，至少 4 个应变片被连接在一起组成一个惠斯通电桥。当传感器受力导致应变片电阻发生变化时，电桥不平衡。在激励电压不变的情况下，输出信号的大小与传感器受力成正比。

　　2. 不同类型传感器原理差异

　　除了电阻应变式称重传感器外，还有多种不同类型的传感器，它们的工作原理也各不相同。

　　电磁力式：利用承重台上的负荷与电磁力相平衡工作。电磁力称重传感器是一种利用电磁感应原理进行测量的装置，主要由线圈、磁铁和测量电路组成。当被测物体放置在传感器上时，磁铁与线圈之间的间隙会发生变化，从而改变线圈中的磁通量。根据法拉第电磁感应定律，线圈中会产生感应电势。测量电路将感应电势转换为电信号输出，实现被测物体的重量测量。电磁力称重传感器具有高精度、宽测量范围、快速响应、抗干扰能力强、易于维护等特点，广泛应用于包装、冶金、制药、食品等行业。

　　电容式：利用电容器振荡电路的振荡频率与极板间距的正比例关系工作。电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器，通常为差动变间距电容式称重传感器，采用调频电路，实际上就是一个具有可变参数的电容器。当被称重物差动改变电容的间距而使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生相应变化，在鉴频器上变换为振幅的变化，经放大转换成一个直流的高电平信号输出，在称重仪表显示。电容式传感器耗电量少，造价低，动态响应快，可在恶劣环境下工作。

　　三、称重传感器的分类

　　称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等 8 类，下面分别介绍各类的特点。

　　光电式：包括光栅式和码盘式两种。

　　光栅式传感器利用光栅形成的莫尔条纹把角位移转换成光电信号。通过光电管、转换电路和显示仪表，可计算出移过的莫尔条纹数量，测出光栅转动角的大小，从而确定和读出被测物质量。曾主要用在机电结合秤上。

　　码盘式传感器的码盘是一块装在表盘轴上的透明玻璃，上面带有按一定编码方法编定的黑白相间的代码。当承重台上的被测物通过传力杠杆使表盘轴旋转时，码盘也随之转过一定角度。光电池将透过码盘接受光信号并转换成电信号，然后由电路进行数字处理，最后在显示器上显示出代表被测质量的数字。

　　液压式：在受被测物重力 P 作用时，液压油的压力增大，增大的程度与 P 成正比。测出压力的增大值，即可确定被测物的质量。结构简单而牢固，测量范围大，但准确度一般不超过 1/100.

　　电磁力式：利用承重台上的负荷与电磁力相平衡的原理工作。当承重台上放有被测物时，杠杆的一端向上倾斜;光电件检测出倾斜度信号，经放大后流入线圈，产生电磁力，使杠杆恢复至平衡状态。对产生电磁平衡力的电流进行数字转换，即可确定被测物质量。准确度高，可达 1/2000～1/60000.但称量范围仅在几十毫克至 10 千克之间。

　　电容式：利用电容器振荡电路的振荡频率 f 与极板间距 d 的正比例关系工作。在承重台加载被测物时，板簧挠曲，两极板之间的距离发生变化，电路的振荡频率也随之变化。测出频率的变化即可求出承重台上被测物的质量。耗电量少，造价低，动态响应快，可在恶劣环境下工作，准确度为 1/200～1/500.

　　优点：

　　高阻抗，小功率，仅需很低的输入能量。

　　可获得较大的变化量，从而具有较高的信噪比和系统稳定性。

　　动态响应快，工作频率可达几兆赫，非接触测量，被测物是导体或半导体均可。

　　结构简单，适应性强，可在高低温、强辐射等恶劣的环境下工作，应用较广。

　　缺点：

　　输出阻抗高，负载能力差。电容式称重传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制不易做得很大，一般为几十到几百微法，甚至只有几个微法。因此，电容式称重传感器的输出阻抗高，因而负载能力差，易受外界干扰影响产生不稳定现象，严重时甚至无法工作。必须采取妥善的屏蔽措施，从而给设计和使用带来不便。

　　输出特性非线性。电容式称重传感器的输出特性是非线性的，虽采用差分型来改善，但不可能完全消除。其他类型的电容传感器只有忽略了电场的边缘效应时，输出特性才呈线性。否则边缘效应所产生的附加电容量将于传感器电容器直接叠加，使输出特性非线性。

　　寄生电容影响大。电容式称重传感器的初始电容量小，而连接传感器和电子线路的引线电容、电子线路的杂散电容以及传感器内板极与周围导体构成的电容等所谓寄生电容缺较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有严格的要求。

　　磁极变形式：铁磁元件在被测物重力作用下发生机械变形时，内部产生应力并引起导磁率变化，使绕在铁磁元件(磁极)两侧的次级线圈的感应电压也随之变化。测量出电压的变化量即可求出加到磁极上的力，进而确定被测物的质量。准确度不高，一般为 1/100.适用于大吨位称量工作，称量范围为几十至几万千克。

　　振动式：弹性元件受力后，其固有振动频率与作用力的平方根成正比。测出固有频率的变化，即可求出被测物作用在弹性元件上的力，进而求出其质量。振动式传感器有振弦式和音叉式两种。

　　振弦式传感器的弹性元件是弦丝。当承重台上加有被测物时，V 形弦丝的交点被拉向下，且左弦的拉力增大，右弦的拉力减小。两根弦的固有频率发生不同的变化。求出两根弦的频率之差，即可求出被测物的质量。振弦式传感器的准确度较高，可达 1/1000～1/10000.称量范围为 100 克至几百千克，但结构复杂，加工难度大，造价高。

　　音叉式传感器的弹性元件是音叉。当承重台上加有被测物时，音叉拉伸方向受力而固有频率增加，增加的程度与施加力的平方根成正比。测出固有频率的变化，即可求出重物施加于音叉上的力，进而求出重物质量。音叉式传感器耗电量小，计量准确度高达 1/10000～1/200000.称量范围为 500g～10kg。

　　陀螺仪式：转子装在内框架中，以角速度 ω 绕 X 轴稳定旋转。内框架经轴承与外框架联接，并可绕水平轴 Y 倾斜转动。外框架经万向联轴节与机座联接，并可绕垂直轴 Z 旋转。转子轴(X 轴)在未受外力作用时保持水平状态。转子轴的一端在受到外力(P/2)作用时，产生倾斜而绕垂直轴 Z 转动(进动)。进动角速度 ω 与外力 P/2 成正比，通过检测频率的方法测出 ω，即可求出外力大小，进而求出产生此外力的被测物的质量。响应时间快(5 秒)，无滞后现象，温度特性好(3ppm)，振动影响小，频率测量准确精度高，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的计量准确度(1/30000～1/60000)。

　　电阻应变式：利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆 4 部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。称量范围为 300g 至数千 kg，计量准确度达 1/1000～1/10000.结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器均使用此传感器。

　　四、如何选择合适的称重传感器

　　1. 确定测量范围

　　选择合适的测量范围至关重要。如果测量范围选择过小，当被测物重量超过传感器的承受能力时，传感器可能会因为超载而损坏;如果测量范围选择过大，可能无法准确测量实际重量，导致测量精度下降。因此，在选择称重传感器时，需要根据实际需求，充分考虑被测物的最大重量和最小重量，选择一个合适的测量范围。

　　2. 确定精度要求

　　称重传感器的精度直接影响测量的准确性。不同规格的传感器精度不同，价格也有很大差异。如果对测量精度要求较高，比如在一些需要高精度测量的场合，如实验室、贵金属行业等，可以选择高精度的称重传感器。但高精度的传感器价格相对较高。如果对价格较为敏感，或者在一些对精度要求不是特别高的场合，可以选择中低精度的传感器。在确定精度要求时，需要综合考虑实际需求和成本因素。

　　3. 考虑环境因素

　　不同的环境对传感器的要求也不同。例如，在潮湿的环境中，需要选择密封性好的传感器，以防止水分进入传感器内部，造成短路等问题。在高温环境中，需要选择耐高温的传感器，同时可能还需要加有隔热、水冷或气冷等装置，以确保传感器正常工作。在有腐蚀性的环境中，需要选择防腐性能好的传感器，如采用不锈钢外壳或经过特殊处理的传感器。此外，还需要考虑振动、冲击等因素对传感器的影响，选择具有相应抗振、抗冲击性能的传感器。

　　4. 比较性能参数

　　在确定了测量范围、精度要求和环境因素后，需要比较不同传感器的性能参数，选择性能最优的传感器。主要的性能参数包括灵敏度、线性度、重复性、温漂等。灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化对输入量变化的比值，灵敏度越高，越能检测到力的微小变化。线性度是指传感器的输出与输入之间的线性关系程度，线性度越好，测量精度越高。重复性是指在相同载荷和环境条件下重复载荷的传感器输出读数之间的一致性，重复性越好，测量结果越可靠。温漂是指由于温度变化引起的传感器输出的变化，温漂越小，传感器在不同温度下的稳定性越好。综合考虑这些性能参数，选择性能最优的传感器，以确保测量的准确性和稳定性。

　　5. 参考专业人士意见

　　最后，建议在选择称重传感器时咨询专业人士的意见。专业人士可以根据实际需求和具体应用场景，给出更加专业的建议和方案。他们可以根据被测物的特点、工作环境、测量要求等因素，为你推荐合适的传感器型号和品牌。同时，在安装和使用传感器时，也需要遵循专业人士的指导，确保测量的准确性和稳定性。专业人士还可以提供关于传感器的维护和保养建议，延长传感器的使用寿命。

　　五、称重传感器的应用场景

　　1. 不同类型的应用场合

　　称重传感器有多种类型，不同类型适用于不同的应用场合。

　　S 型：主要用于饲料及配料称重，通常在搅拌站使用。它采用合金钢材质，胶密封防护处理，安装便捷，稳定可靠。

　　桥式：桥式称重传感器适用于电子称重设备，如汽车衡、灌装秤、轴量秤、天车秤等。它采用双剪切结构设计，对加载点变化不敏感、抗偏载性能好、固有线性好、安装方便、制造成本低，但重心较高、过载能力较差，大秤量的称重传感器难以达到高的准确度等级。例如，在电子称重秤中，桥式重力传感器被放置在秤台下方，当有重物放置在秤台上时，传感器会检测到重力的作用，并将形变转换为电信号输出，最终显示在显示屏上。此外，在重量检测器和重量分选机中也有广泛应用。

　　悬臂梁式：主要应用于单轨吊称，结构是悬臂剪切结构，使用方便，精度高。其典型应用包括地秤，平台秤，料斗秤，吊车秤，飞机称重传统的杠杆系统、规模的系统和转换等。它具有安装方便、抗偏载能力突出、承压附件有万向节能准确传送各方向力等优点。

　　2. 注意事项

　　在选择和使用称重传感器时，有以下几个方面的注意事项：

　　稳定性：传感器在使用一段时间后性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定的因素除自身结构外，主要是周围使用环境。因此，要选择具有较强环境适应能力的传感器，或采取适当措施减少环境影响。在某些要求传感器长期使用且不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格。

　　最大测量值：选用传感器量程时，要考虑诸多因素，保证传感器的安全和寿命。根据实际测量需求，如测量机器人的不同性能，选择合适量程的传感器。

　　灵敏度：在传感器线性范围内，灵敏度越高越好，但灵敏度高时外界噪声也会被放大，影响测量精度。因此，传感器应具有较高的信噪比，尽量减少外界干扰信号。

　　测量轴数量：传感器精度越高价值越昂贵，应根据测量目的选择满足精度要求的传感器，不必追求过高精度。对于多数项目，两轴加速度传感器已能满足多数应用，特殊应用可选择三轴加速度传感器。

　　电阻 / 缓存机制：对于一些微控制进行 A/D 转化，连接的传感器阻值必须小于 10kΩ。在购买传感器前，应仔细阅读控制器手册，确保传感器能正常工作。

　　宽带：宽带指刷新率，即每秒钟传感器产生的读数次数。一般测量倾角应用，50HZ 宽带足够，对于需要进行动态性能测量如震动，需要上百 HZ 宽带的速度的称重传感器。

　　密克传感器(深圳)有限公司是传感器源头生产厂家，致力于称重传感器的研发生产。产品达百余种，广泛应用于各种工业自动化、机器人、化工、食品、冶金以及医疗等新型和智能化高端领域。按结构分有轮辐式传感器，S型传感器，波纹管传感器，法兰盘传感器，柱式传感器，扭矩传感器，平行梁传感器，拉力传感器等等，按功能应用场景分有试验机专用传感器，搅拌站传感器，航车称重传感器，包装机传感器，压装机传感器，皮带秤传感器，等等;价格美丽，可定制。