电子秤内部组成、原理
2012-03-15 21:11阅读：
一、称重传感器，运算放大器，A/D转换集成电路，智能单片机，显示驱动和显示电路，键盘电路，多功能接口电路，交流/直流/充电/蓄电/稳压电路组成
二、着技术的发展,由称重传感器制作的电子秤已广泛地应用到各行各业衡器的称重工作,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微机称重系统的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高。本文讨论称重传感器在计价电子秤中的应用。
目前，计价电子秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。计价电子秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间装置一个专门设计的称重传感器来承担物料的全部重量，如图3所示。常用的计价电子秤称重传感器的结构如图4所示，其中图4（a）为双连椭圆孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；图4（b）为梅花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变片。这两种形式的称重传感器，在计价电子秤中用得最多。图4（c）为三梁式弯曲弹性体，采样弯曲应力，对重量反应敏感，宜用来制作小称量计价电子秤。图4（d）为三梁式剪切弹性体，采样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤称量范围计价电子秤。
图3 计价电子秤内部结构示意图
图4 计价电子秤用弹性体结构
用这些复梁型高精度称重传感器来支承一个大的称重平台，被称重物又可能放置在任何称台的任意位置上，必然会产生四角示值误差，对图4（a），（b）两种结构形式的称重传感器，可通过锉磨的形式进行角差修正。对图4(c)，(d
)，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁，使称重传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。图5为一种商用计价电子秤的电路框图。称重传感器采用的是图4（b）所示的梅花型四连孔结构，该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能，7段绿色荧光数码管显示，使用十分方便。
计价电子秤的电路框图
上图是采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的原理图，由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示四部分组成。图中，E为9V的叠层电池，R1-R4是称重传感器的4个电阻应变片，R5、R6与W1组成零点调整电路。当载荷为零时，调节RW1使液晶显示屏显示为零。A1，A2为双运放集成电路LM358中的两个单元电路，组成了一个对称的同相放大器，A/D转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器，液晶显示采用31/2液晶显示片。该电子秤精度高，简单实用，携带方便。>>>查看
称重传感器原理
称重传感器是一种高精度的传感器，必须按规定的规格使用。若不按规定的规格使用，不仅不能发挥称重的作用，而且容易损坏，尤其是绝对不准超过负荷安全值使用。
手提秤的电路框图
对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的称重传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是称重传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
三、分类
1.按原理分：电子秤 机械秤 机电结合秤
2.按功能分：计数秤 计价秤 计重秤
3.按用途分：工业秤 商业秤 特种秤
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变
形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压
或电流），从而完成了将外力变换为电信号 的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要
部分。下面就这三方面简要论述。
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数
K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为 L，横截面是半径为 r 的圆形，其面积记作 S，其电阻率记作
ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为 R： R = ρL/S（Ω） （2—1）当他的两端受 F
力作用时， 将会伸长， 也就是说产生变形。 设其伸长ΔL，
其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所
改变，记作Δρ。对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： 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，我们知道导线的横截面积 S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r
（2—4）从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。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））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对 变化）之间的关系。需要说明的是：灵敏度系数 K
值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它 和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的 K 值一般在 1.7—3.6
之间；其次 K 值是一个无 因次量，即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L 称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（２--６）常写作： ΔR/R = Kε (2—8)
最后
(R1+R2)(R3+R4)
由(4)可知，当桥臂电阻满足如下条件时，即
R1R3=R2R4(5)
电桥的输出电压UO=0，电桥处于平衡状态。
为了保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡(置零)，这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。
2)按上述力学模型解释：
当F=0时，R1R3=R2R4；U0=0；
当F＞0时，R1、R3增加，R2、R4减小，U0＞0。
若欲得到与上述电信号相反的结果时，只需将A与C(或B与D)之间的电源正、负极互换即可。
3)当桥臂电阻的阻值发生变化时，电桥的输出电压也随着发生变化，当⊿R<<R时，其输出电压与电阻变化率⊿R/R(或应变ε)成线性关系。
我们在选择称重传感器时，传感器的说明书会有很多参数向我们说明这种传感器的性能指，其中的抗干扰的，受温度漂移影响的。还有精度的。
其中有一个参数叫灵敏度，它一般是向如下这么标注的：
灵敏度
2±0.002(mv/v)
这个灵敏度是什么意思呢？这是传器的一个重要性能指标，当然其它指标也很重要，但在我们选择传感器要使用时，这个指标会直接影响到使用。其实它的意思是，传感器在受到额定的拉力(如果满量程是200KG的，它的额定拉力就是200KG)做用下，在激励电压(也叫供桥电压，输入电压)是1v的情况下，它的两个输出端会有2mv的压力变化。当然实际工作时激励电压会大于1v，一般为10v到12v。如果一个200KG的传感器，它的灵敏度是2±0.002(mv/v)，它的激励电压是10v，那么在200KG拉力作用下，输出端的压力变化就是2*10=20mv。我们在选择传感器的时候，往往是三个或四个同时并联使用的，必须要求每个传感器的灵敏度要相同才能同时使用。如果不相同的会使整个秤不准，把一个东西放在同一个秤的不同地方会显示不同的重量。如果在更换损坏的传感器时，也要找到灵敏度和量程相同的传感器，其它的指标可以忽略，只要这两项指标相同，就是不同厂家的传感器放在一起用也可以
