电阻应变式传感器在电子汽车衡应

1、电阻应变式传感器在汽车称重领域的应用电气自动化14-03班（学号:04141304）姓名:姜山【摘要】本文详细论述了电阻应变片传感器的工作原理和主要组成部分，详细介绍了电阻应变片传感器在汽车称重领域汽车衡上的应用以及汽车衡的安装与维护问题。【关键词】传感器技术，电阻应变效应，应变式传感器，电桥电路，称重系统，汽车衡安装与维护。1.引言我们都知道我们经常需要对于大型物体进行称重，例如在煤矿中，我们需要知道运货煤车装了多少吨的煤，这不仅仅关系到煤矿的效益，而且也是对拉煤人员负责，防止由于过载造成一系列的人身事故。对于这些重达几顿甚至几十吨的货物来说，采用传统的称量方法显然是不切实际的。在当今我们都

2、采用汽车衡来衡量大型物体的质量。汽车衡俗称地磅，是于大宗货物计量的主要称重设备。在二十世纪80年代之前常见的汽车衡一般是利用杠杆原理纯机械构造的机械式汽车衡,也称作机械地磅。二十世纪80年代中期，随着高精度称重传感器技术的日趋成熟机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。因此本文将详细介绍采用电阻应变传感器所制成的电子汽车衡。2.解决方法电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成,可根据具体测量要求设计成多种结构形式。电阻应变式传感器的优点是精度高,测量范围广、寿命长、结构简单、频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等，因此它

3、被广泛应用于自动测试和控制技术中。（1）电阻应变式传感器的工作原理是: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,即可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。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。医I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（结构图如图3所

4、示）。它的工作原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应，所谓应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象（如图1所示）。金属导体的电阻值可用下式表示：R=pL/S式中：p金属导体的电阻率（Qm）;S导体的截面积（mJ儿一导体的长度（m）.在外力F的作用下，电阻丝的R、L、S（r）发生变化，则引起电阻相应变化AR，相对电阻变化为：AR/R=AL/L+Ap/p-AS/S由S=nr2得AS=2nrAr.S/S=2Ar/r由材料力学的原理可知Ar/r=-uAL/L式中r金属圆柱的半径;u材料的泊松系数，u=00.5QL/L电阻丝纵向应变:&/一一电阻丝横向应变。.R/R

5、ML/L+Ap/pJS/SMp/p+(1+2u)AL/L它的一个重要参数是灵敏系数Ks:它的定义是单位长度应变引起的电阻的相对变化。.Ks=AR/R/(AL/L)=1+2u+Ap/p/(AL/L)考虑到对于金属来说Ap/p很小，所以可以忽略不计，这样我们就得出Ks=1+2u弹性体弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个,首先是它承受称重传感器所受的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡;其次,它要产生一个高品质的应变场(区),使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变电信号的转换任务。检测电路由于应变量以及以及应变片其电阻的变化一般都35图2ADUI-Ji兰层2-基底引蜒拓合拊議密圭很

6、微小，所以我们需要使用检测电路把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。我们通常采用电桥测量。电桥可以抑制温度变化的影响,能比较方便的解决称重传感器的补偿问题等,电桥测量方法在称重传感器中得到了广泛的应用。全桥式等臂电桥的灵敏度最高,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵消,所以称重传感器一般采用全桥差动电桥，全桥电路具有灵敏度高，非线性误差为零的优点，其电路如右图所示一一测量电桥的工作原理。电子汽车衡的结构如下图所示。通过应变片在汽车衡上的黏贴来组成差动电路，以便于进一步的处理与应用电子汽车衡由称体，46个称重传感器，以及称重显示控制仪表等组成基本系统还可配备数字输出接口部件打印机等，点化线内为

7、可装备设备。电子汽车衡的工作原理:电子汽车衡主要由秤台、称重传感器、称重显示仪表、接线盒等部件组成，还可根据需要，配置打印机、大屏幕显示器、计算机、电源稳压器等设备，当被称量货物或载重车辆置于秤台上时，在重力作用下，使称重传感器的弹性体产生变形，贴附于弹性体上的电阻应变片也随同产生变形，经相应的测量电路转换，输出与重量数值成比例的电信号，再经信号放大和转换，将电信号转换为数字信号，由仪表的微处理机对重量信号处理后，重量数据便显示在称重仪表上，便可以从显示器上直接读取物体的质量，我们甚至可以将显示结果输出打印出来，以便于存档和分析(其工作示意图如右图所示)。3.总结当我们安装好汽车衡以后，我们应

8、当注意汽车衡日后的维护问题。由于电子汽车衡在室外环境下使用，电子汽车衡很容易受灰尘、雷雨天气、人为因素等各种外界因素的影响，轻重造成电子汽车衡计量结果出现误差，重则损坏电子汽车衡的内部元件和结构而出现瘫痪。尤其是雨水和雷电都会对电子汽车衡造成严重的损坏，甚至对一些室内使用的称重仪器也会产生影响，导致仪表的损坏，在我国因雷雨而造成的电子汽车衡报修事件屡见不鲜。在遭遇雷雨天气时，虽然采用直接拔电子汽车衡的插头是一种有效的应急方式，但是这种方式也会影响电子汽车衡的正常持续工作，可用程度不高。因此我们可以在电子汽车衡秤体附近安装避雷针等避雷设施，这样可以有效的防止雷电损害电子汽车衡，提高电子汽车衡施工的持续性和效率，同时我们可以将汽车衡的关键部位接地，通过各个接地电线的链结形成一个有效的接地网。防止直击雷在雷击室外称体后产生的感应电而影响室内的称重仪表屏蔽层也应该像室外秤体感应器一样做有效的接地保护措施；安装空气开关保护