電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的理論和

應(yīng)變計(jì)基本上是十電阻，它由平行導(dǎo)線或金屬箱做成定的形狀，并嵌入由環(huán)氧樹(shù)脂材料做成的絕緣基底中。這種類(lèi)似于郵票的元件粘貼在鋼制彈性體的表面，利用電阻值相應(yīng)變化的效應(yīng)，檢測(cè)出彈性體表面非常微小的壓縮或拉伸量。這種電阻變化正比丁在彈性體上施加的力，并被地測(cè)量出柬。應(yīng)變計(jì)被連接成個(gè)單臂電橋電路，稱(chēng)重傳感器給出的不平衡電壓電子裝置轉(zhuǎn)換成備種信號(hào)輸出（例如數(shù)字輸出），以供顯示與（或lEDP裝置作數(shù)據(jù)處理之用。

  2.3.1熱耗散

  熱耗散是限制應(yīng)變計(jì)允許電流的因素，其結(jié)果也就限制了稱(chēng)重傳感器的不平衡電壓輔出。

這種效應(yīng)可用HBMLYll型應(yīng)變計(jì)來(lái)說(shuō)明，它的標(biāo)稱(chēng)電阻R=120n，箔柵尺寸為lo×5mmn，康銅箔的厚度約0.003mm。

應(yīng)變計(jì)的耗散功率為W=Rl2，W。使用的電橋激勵(lì)電壓為12V，應(yīng)變計(jì)的電流將為50mA，功率為0.3W。這樣在應(yīng)變計(jì)中總的熱耗散為0.3J/s。

    大小為10*5mm和厚度為O．003mm的應(yīng)變柵重量約為0．0043g?？点~箔的比熱值為0.4UOJ/(9．℃)，因而應(yīng)變柵具有的熱容量為。．0043x O．406-0.00175J，℃。

  如果選些熱量沒(méi)有耗散到傳感器的彈性體中，那末在應(yīng)變柵中將產(chǎn)生溫升

因此，在傳感器彈性體中進(jìn)行的熱耗散以穩(wěn)定的測(cè)瓣量結(jié)果是很要的。

2.3.2線性熱膨脹

  由于應(yīng)變柵和彈性體材料的熱膨脹系數(shù)的存在，應(yīng)變計(jì)電咀將隨溫度而變化。如果二者的線膨脹系數(shù)不同，表征彈性體機(jī)械應(yīng)變的電阻值將發(fā)生變化。這種以上溫度為函數(shù)的視在應(yīng)變稱(chēng)為應(yīng)變計(jì)應(yīng)用的溫度特性。

    為了使這種由于溫度變化引起的視在應(yīng)變盡可能地減小，在應(yīng)變仆時(shí)使它匹配到個(gè)恒定的線性熱膨脹系數(shù)。例如，對(duì)于普通剛．對(duì)于鋁等。

  2.3.3溫度變動(dòng)

  在稱(chēng)重傳感器中，溫度變動(dòng)自然對(duì)應(yīng)變計(jì)組成的單臂電橋的零點(diǎn)平衡和鋼制彈性體彈性模量(E)值產(chǎn)生影響。

  正如后面將要闡明的那樣，這些影響補(bǔ)償可減少到zui小。零點(diǎn)平衡在單臂電橋橋臂上串人具有合適電阻溫度系數(shù)的小電阻來(lái)補(bǔ)償。彈性模量變化可在供橋電源中串入個(gè)具有合適電阻溫度系數(shù)的電阻，或具有合通電阻溫度系數(shù)合金制成的應(yīng)變計(jì)本身的匹配，來(lái)補(bǔ)償由于溫度變化引起彈性模量變化而導(dǎo)致彈性體附加的。

目前許多傳感器廠提供的數(shù)據(jù)已這些影響減少到原始值的IO%以下。

2.3．4彈性體形狀

在電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中，彈性體可以采用不同的形狀，如圓環(huán)、柱式或彎曲梁等。用柱式彈性體說(shuō)明在個(gè)電阻應(yīng)變式傳感器中把機(jī)械力轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電氣特性的原理。力(F)沿著縱軸施加于長(zhǎng)度為L(zhǎng)和橫截面為A 的圓柱鋼體上，使鋼體產(chǎn)生應(yīng)變（o），并用

下列公式計(jì)算

沿著縱軸方向在鋼柱表面粘貼的應(yīng)變計(jì)的長(zhǎng)度發(fā)生相對(duì)變化，因此根據(jù)應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)的定義推算出電阻變化：貼在鈿桂體上：的四片應(yīng)變計(jì)連接成單臂電橋電路，當(dāng)傳感器不受力時(shí)，電橋平衡，其輸出電壓(AV。)=o。當(dāng)傳感器上加或時(shí)，應(yīng)變計(jì)的電阻值發(fā)生變化，橋臂上流過(guò)的電流在電橋的測(cè)量對(duì)角上產(chǎn)出正比干負(fù)荷的電壓(AV．)。此電壓加到數(shù)字單元中放大器的輸入端，數(shù)字單元經(jīng)調(diào)整后使其數(shù)字顯示為相當(dāng)于以噸，公斤或磅表示的重量。

   3個(gè)電路圖闡明了傳感器在空載和加載時(shí)，單臂電橋中不平衡電壓的情況。在電橋電路中有激勵(lì)電壓(VE)，阻值為（R）和（R△R）的四片應(yīng)變計(jì)以及輸出電壓（△V）。

    傳感器上無(wú)負(fù)荷時(shí)電橋平衡到零，也就是說(shuō)橋臂電阻（R）都相等，測(cè)量對(duì)角上也就沒(méi)有輸出電壓（△V=O）。在傳感器上加負(fù)荷時(shí)，工作應(yīng)變計(jì)的電阻發(fā)生變化（士△R），橋臂上流過(guò)的電捷I，和l：，在測(cè)量對(duì)角上產(chǎn)生電壓降(Ar．)。

輸出電壓(bV)可用于下述方法計(jì)算，垂直于鋼柱體縱軸的應(yīng)變計(jì)電阻變化約為(abR)．此處(a)型0 33：可改寫(xiě)成

    當(dāng)(G)、(E)和(A)均為常數(shù)時(shí)，輸蹦電壓（△V）正比于負(fù)載(F)。對(duì)于圓環(huán)式彈性體，有應(yīng)變計(jì)都起作用，(a) =l，而對(duì)柱式彈性體，( a)=0. 33。同樣要洼意到供橋電壓(V}也成比例地影響輸出電壓(AV)。

  許多電子稱(chēng)重裝置商把電橋電路連接到電子數(shù)字裝置，因此可測(cè)量出AVVV比值。在(K)、(E)和(A)系數(shù)保持不變的情況下，顯示的數(shù)字重量正比干負(fù)荷(P)。大多數(shù)電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器，額定魚(yú)荷下的輸出電壓（等）在1.5_2.5mV，V之間。

  2.3.5誤差來(lái)源分析

  電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器如同有其他物理元件樣受到誤差源的影響。零點(diǎn)平衡和靈敏度的溫度效應(yīng)是誤差的兩個(gè)主要來(lái)源。然而，在許多稱(chēng)重傳感器中這些效應(yīng)可以被補(bǔ)償．因而剩下的效應(yīng)可減少到初始值的1o%左右。

    其他的誤差為：非線性，滯后，蠕變和不重復(fù)性。這些誤差對(duì)校準(zhǔn)曲線的影響如下列各圖示。

2.3.5.1溫度效應(yīng)

 稱(chēng)重傳感器的溫度效應(yīng)。溫度漂移以ppm，C或ppm/'F或%／℃或%，F(xiàn)來(lái)表示，這些標(biāo)稱(chēng)都對(duì)額定負(fù)荷而言。(1OOOppm等于0.1%)稱(chēng)重傳感器在沒(méi)有加載的條拌下，其輸出信號(hào)的溫度漂移定義為零點(diǎn)溫度漂移。

  2 . 3.5.2線性誤差

線性誤差是校準(zhǔn)曲線偏離無(wú)負(fù)荷和額定負(fù)荷兩點(diǎn)輸出電壓之間連線的zui大偏差，阻額定輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

  2.3.5 3滯后

 當(dāng)加的負(fù)荷從零到額定負(fù)荷再回到零的個(gè)循環(huán)中，相同負(fù)荷點(diǎn)輸出信號(hào)的zui偏差稱(chēng)滯后(在50%額定負(fù)荷處，滯后是以額定負(fù)荷的相對(duì)值表示。滯后與整個(gè)循環(huán)成比側(cè)．

2.3.5.4蠕變

環(huán)境條件和其它切可變條件恒定時(shí)，在定負(fù)荷作用下稱(chēng)重傳感器的輸出隨時(shí)間發(fā)生的變化。通常在施加額定負(fù)荷后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（為30分鐘）進(jìn)行測(cè)量，用額定負(fù)荷輸出的百分比表示。

2.3.5.5蠕變恢復(fù)

去掉已保持定時(shí)間的負(fù)荷之后，稱(chēng)重傳感囂的無(wú)負(fù)荷輸出隨時(shí)間發(fā)生的變化。

2.3.5.6不重復(fù)度

在相同的外界條件下，重復(fù)測(cè)量同負(fù)荷下稱(chēng)重傳感器輸出的zui大差值。

    不重復(fù)度在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中都是個(gè)即簡(jiǎn)單而又十分重要的因素，由于它是隨機(jī)的因而無(wú)法補(bǔ)償，以不能在測(cè)量系統(tǒng)中加以校準(zhǔn)。因此不重復(fù)度是校準(zhǔn)過(guò)程中的不利因素，也就限制了綜臺(tái)測(cè)量度的提。

然而，旦電子稱(chēng)重系統(tǒng)建成并進(jìn)行校準(zhǔn)，不重復(fù)度誤差約為線性誤差的1/IO，后者可在系統(tǒng)校準(zhǔn)中補(bǔ)償。

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的理論和