称重传感器的原理与应用分析

随着工业技术的不断进步，由称重传感器制作的电子衡器已经广泛渗透到各行各业，实现了对物料的快速准确称量。特别是微处理器的出现和工业生产过程自动化程度的持续提高，使得称重传感器成为过程控制中不可或缺的重要装置。从过去无法进行称重的大型储罐、料斗等重量计测，到吊车秤、汽车秤等设备的计测控制，再到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测以及粉粒体进料量控制等环节，称重传感器几乎已经应用于所有需要称重的领域。

称重传感器的应用主要体现在高速定量分装系统和商用电子秤等场景中。在高速定量分装系统中，系统由微机控制称重传感器的称重和比较功能，并输出控制信号执行定值称量，同时控制外部给料系统的运转，实现自动称量和快速分装的任务。该系统的核心硬件包括微处理器和电压频率变换器等电子器件。物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号。传感器输出信号经放大器放大后输入电压频率转换器进行模数转换，转换成的频率信号直接送入微处理器进行处理。

微处理器一方面将物重的瞬时数字量送入显示电路以显示瞬时物重，另一方面进行称重比较，完成开启和关闭加料口以及放料于箱中等一系列称重定值控制。在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件。四片电阻应变片构成全桥桥路，在供桥电压不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥电压成正比，因此要求桥压保持高度稳定。毫伏级的传感器输出经放大后变为零至十伏的电压信号，送入电压频率变换器进行模数转换。在微处理器内部通过定时器控制计数时间，计数值反映了测量电压大小即物料重量。在显示的同时，计算机还根据设定值与测量值进行定值判断，当重量不足时继续送料，一旦重量达到或超过给定值，控制接口输出信号停止送料，并显示最终测量值。

在商用电子秤领域，称重传感器的应用也极为普遍，逐渐取代了传统的杆秤和机械案秤。电子计价秤在秤台结构上有一个显著特点，即一个相当大的秤台仅在中间装置一个专门设计的传感器来承担物料的全部重量。常用的传感器弹性体结构包括双连椭圆孔形式、梅花型四连孔形式、三梁式弯曲弹性体以及三梁式剪切弹性体等多种类型。其中双连椭圆孔和梅花型四连孔结构在计价秤中使用最为广泛。三梁式弯曲弹性体采用弯曲应力采样，对重量变化反应敏感，适合制作小称量计价秤。三梁式剪切弹性体则采样中间敏感梁的剪切应力，适合制作几百公斤称量范围的计价秤。

使用这些高精度复梁型传感器支承大型称重平台时，由于被称重物可能放置在称台的任意位置，必然会产生四角示值误差，需要通过锉磨等工艺手段进行角差修正。带有上下两根局部削弱柔性辅助梁的传感器对侧向力、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灵敏系数和四角误差。商用电子计价秤通常具备置零、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以及打印输出等多种功能，使用十分方便。

称重传感器属于高精度传感器，必须严格按照规定规格使用，否则不仅无法发挥应有作用还容易损坏，尤其绝对不允许超过负荷安全值使用。对于温度变化对桥接零点、输出及灵敏度造成的影响，即使采用同一批应变片也会因各应变片之间温度特性的微小差异而产生误差，因此对精度要求较高的传感器必须进行温度补偿。

非线性误差是传感器特性中最为重要的指标，其产生原因主要由结构设计决定，通过线性补偿可以得到改善。滞后和蠕变与应变片及粘合剂的特性相关，由于粘合剂属于高分子材料，其特性随温度变化较大，因此称重传感器必须在规定的温度范围内使用。在露天环境下使用传感器时，还应考虑阳光直射产生的温度影响以及风压带来的干扰。