【正文】 只要設(shè)計(jì)合理，傳感器的輸出可以達(dá)到很好的線性關(guān)系，因此在一般情況下該項(xiàng)補(bǔ)償可不必做。 U 0R 3 Δ R 3R 4 + Δ R 4R 1 + Δ R 1R 2 Δ R 2U 2 .3 應(yīng)變式稱重傳感器的原理圖 1. 非線性補(bǔ)償 從理論計(jì)算或?qū)嶋H測(cè)定表明，傳感器的輸出電壓 0U 與所加載荷 W 并不絕對(duì)成線性關(guān)系。其中包括溫度補(bǔ)償、靈敏系數(shù)調(diào)整、非線性誤差補(bǔ)償?shù)取? 應(yīng)變式稱重傳感器的各種補(bǔ)償 電阻應(yīng)變式稱重傳感器在將各應(yīng)變片引線連接成 橋路之后，雖然在輸入端加上供橋電壓，輸出端就可得到反應(yīng)重量大小的輸出信號(hào)，但是由于傳感器受到種種因素的影響，而會(huì)產(chǎn)生一系列誤差?？梢詽M足本系統(tǒng)的精度要求。 ，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重 ( 15kg)。 本項(xiàng)目選用金屬箔式應(yīng)變片，其粘貼位置如圖 。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，可在 197～317℃溫度下工作。 3. 金屬薄膜應(yīng)變片 金屬薄膜應(yīng)變片是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。 4） 便于成批生產(chǎn)。 3）箔材的尺寸準(zhǔn)確、均勻且能制成任意的形狀。其次，箔材 的端部較寬，橫向效應(yīng)相應(yīng)地較小，因而提高了應(yīng)變測(cè)量精度。 箔式應(yīng)變片和電阻絲應(yīng)變片相比較，具有如下特點(diǎn)： 1）金屬箔柵很薄。它的電阻敏感元件不是金屬絲柵，而是通過光刻技術(shù)、腐蝕等工序制成的一種很薄的金屬箔柵，故稱為箔式電阻應(yīng)變片。它的主要缺點(diǎn) 是電阻值的分散性大，有的能相差幾十歐姆，故需要作阻值調(diào)整。橫向效應(yīng)可以忽略。與被測(cè)試件接觸面積大，粘結(jié)性能好。 金屬箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度為 ～ 電阻箔材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀。 為了克服橫向效應(yīng)，采用短接式應(yīng)變片。 1. 金屬絲式應(yīng)變片 金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式兩種。 實(shí)踐證明 ，粘結(jié)強(qiáng)度高的膠，并不都能應(yīng)用于應(yīng)變片的粘貼，特別是對(duì)于高精度的傳感器，對(duì)應(yīng)變膠有著更多的要求： ①有一定的粘結(jié)強(qiáng)度； ②能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變； ③蠕變要??； ④機(jī)械滯后小； ⑤耐疲勞性能好； ⑥長期穩(wěn)定性好； ⑦具有足夠的電磁絕緣性； ⑧對(duì)彈性元件及應(yīng)變片不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用； ⑨具有適當(dāng)?shù)馁A存期。 ，具有較好的抗側(cè)向力的能力。提高彈性元件抗側(cè)向力的能力可以有下面幾項(xiàng)措施： ，不僅穩(wěn)定性好，而且提高了抗側(cè)向力的能力； 。（對(duì)于圓柱形的彈性元件，在高度 L取得過大、壓縮力達(dá)到一臨界值時(shí)，加一極小的橫向載荷就可以產(chǎn)生很大的橫向撓度，從而使彈性元件失去彈性穩(wěn)定性。通常 L≥ 70h。 對(duì)于懸臂梁、兩端固支梁、圓環(huán)和框形等彈性元件，為了使彈性元件在受力變形下具有均勻特性，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)尺寸選擇中常用到 L/H 比值。 性元件材料的選擇 一個(gè)良好的傳感器彈性元件的材料應(yīng)具備以下要求： ① 應(yīng)該具有高的強(qiáng)度，以便在高載下，保證有足夠的安全性能； ② 高的彈性極限； ③ 經(jīng)過最終熱處理后，殘余應(yīng)力小，并具有均勻而穩(wěn)定的組織，而且是各向同性的； ④ 具有良好的抗疲勞性能； ⑤ 彈性滯后盡量??； ⑥ 具有較小的熱膨脹系數(shù)，小而恒定的彈性模量和溫度系數(shù)，使其溫漂最?。? ⑦ 良好的機(jī)械加工及熱處理性能； ⑧ 在不采取密封保護(hù)和在腐蝕氣氛下使用時(shí)，應(yīng)具有抗腐蝕能力。在測(cè)量較大的力時(shí)，常用柱式結(jié)構(gòu)。電阻應(yīng)變式稱重傳感器較其它型的傳感器要好，它主要有如下優(yōu)點(diǎn) ??5 ： 1. 結(jié)構(gòu)簡單，體積下，可制成多種量程的稱重傳感器； 2. 直線性和重復(fù)性好，滯后小，目前綜合精度可達(dá) ～ %； 3. 工作可靠，長期穩(wěn)定性好； 4. 可以作成拉、壓兩用，而且受拉和受壓的輸出 特性對(duì)稱性好； 5. 有互換性，使用方便，容易與電子測(cè)量儀表匹配； 6. 壽命長，維修使用簡單； 7. 頻率響應(yīng)好，能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。因此，是目前在電子稱重裝置中應(yīng)用最廣的一種傳感器。中國是家用電子秤稱重傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)中心，目前家用電子秤（人體秤、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營養(yǎng)秤、口袋秤和手提秤等）的稱重傳感器主要是應(yīng)變式稱重傳感器。在自動(dòng)稱量及電子衡器方面，國外有 80%使用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，國內(nèi)的使用量約占 90%～ 95%以上。 圖 S形雙連孔式傳感器彈性元件 應(yīng)變式傳感器 稱重傳感器按變換原理分類，主要有電阻應(yīng)變式、差動(dòng)變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式和振頻式等多種。由于可通過對(duì)四個(gè)敏感部位銼磨的方法進(jìn)行四角誤差的修正，所以市場上應(yīng)用的大量計(jì)價(jià)秤，幾乎無一例外地采用了 這種結(jié)構(gòu)形式的彈性體。不加線性補(bǔ)償，精度可達(dá) ～ 級(jí)。主要工藝上做到精細(xì)，靜態(tài)測(cè)量精度可達(dá) ～ 級(jí)，它的缺點(diǎn)是自身剛度小，自振頻率低，不適用于振動(dòng)、沖擊環(huán)境。 利用鋁合金彈性模量小的特點(diǎn)，近年來已能把雙孔彈性體的稱量下限延伸到 2kg，所以， ～ 2kg 量程范圍內(nèi)的稱量與測(cè)力，就惟有選擇單 S 梁結(jié)構(gòu) 。 由于兩端固支條件、腹板上應(yīng)力分布均優(yōu)于輪輻式，所以近年來已取代輪輻式傳感器，大量用于電子鋼等火器、電子汽車秤、電子鋼材秤、容器秤、吊車秤等電子衡器與各種電子測(cè)力系統(tǒng)中。其中剪切 懸臂梁式傳感器國外常用的量程范圍為 1t～ 50t，國內(nèi)大多為 1t～ 10t。以工字截面剪切梁為敏感部位的剪切式傳感器和剪切橋式傳感器是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種形式。 剪切梁式傳感器主要有剪切懸臂梁和剪切梁式兩種。近年 來，由于雙層膜片焊接密封工藝的成熟和單層膜片熱套工藝的普及，柱環(huán)彈性體已開始應(yīng)用于壓式傳感器。 對(duì) ～ 30t量程范圍的拉式傳感器和 ～ 10t范圍的壓式傳感器，柱環(huán)式傳感器是一種很好的結(jié)構(gòu)形式。 橋式傳感器實(shí)際上是一種雙梁式傳感器，國內(nèi)統(tǒng)稱為橋式是由其彈性體形態(tài)似橋而得名。但在較大量程時(shí)，常因周邊固支剛度不夠而引起較大 的滯后誤差，所以目前在國內(nèi)已大多被量程范圍寬、結(jié)構(gòu)更合理、加工方便的橋式傳感器所取代。 柱式傳感器是一種最古老的結(jié)構(gòu)形式，它的稱量范圍比較大，一般為幾十噸到幾百噸。 對(duì)于在嚴(yán)重腐 蝕性環(huán)境下工作的傳感器，則必須選擇外表面進(jìn)行噴塑或不銹鋼外罩的傳感器。在現(xiàn)場工作時(shí)，若不加以可靠密封，就會(huì)受到工作環(huán)境中存在的潮氣、腐蝕性氣體和介質(zhì)、水、灰塵的損害，所以工程上用傳感器必須具有防護(hù)外罩，采用密封措施。對(duì)于一些 精密稱量場合，在必要時(shí)用戶可對(duì)生產(chǎn)廠提出一些更詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)要求。用戶應(yīng)根據(jù)已有的測(cè)量系統(tǒng)提供的橋壓選擇合適的應(yīng)變片，以避免產(chǎn)生差錯(cuò)。在原稱量系統(tǒng)已有激勵(lì)電源的使用場合，使用者必須考慮所選傳感器施加的橋壓。 國內(nèi)各種傳感器的靈敏系數(shù)和輸出、輸入阻抗正逐步規(guī)范化，以使傳感器成為一個(gè)全國性甚至國際上可互換的商品。上述技術(shù)參數(shù)應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)精度要求確定； (2)傳 感器輸出靈敏系數(shù)及是否要求規(guī)范化。所以，從電子衡器最根本的性能指標(biāo) —— 可靠性來考慮，選用盡可能大的量程無疑是有利的。 綜合許多國外引進(jìn)的電子衡器中的傳感器量程選 擇和國內(nèi)許多衡器廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在稱量儀表允許的條件下，一般傳感器選擇量程為實(shí)際最大受載的 2～ 倍。其中，④、⑤兩條對(duì)于不同的衡器、不同稱量對(duì)象、不同的進(jìn)料方式是各不相同的。 相反，在一些要求精確稱量的場合，尤其在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)無法進(jìn)行調(diào)整檢測(cè)的電子衡器或 測(cè)力系統(tǒng)就不但要求考慮線性、重復(fù)性、滯后三項(xiàng)精度，而且還要考慮因溫度變化引起的誤差、蠕變誤差及長期穩(wěn)定性。但在低精度使用時(shí)，就不需要進(jìn)行過于復(fù)雜的補(bǔ)償。例如：鋼水液位控制和超載報(bào)警傳感器，盡管對(duì)測(cè)量精度無很多要求，但對(duì)可靠性的要求是極高的，因?yàn)橐坏┌l(fā)生故障，將會(huì)危及設(shè)備和人身安全。精度高低是由彈性結(jié)構(gòu)及是否進(jìn)行線性補(bǔ)償決定的。 精度低的傳感器并不意味著它在制作工藝上是粗糙的。外形尺寸、傳力形式 、電纜長度在稱重狀況、稱量對(duì)象、現(xiàn)場布局確定的情況下，也是確定的 ??4 。在溫度變化較大的場合下使用的傳感器，應(yīng)選擇合適的工作溫度范圍，以確保傳感器在安裝場所的溫度條件下仍能正常地工作 ??3 。 由于電子稱重裝置的用途、使用場合和精度要求不同，對(duì)稱重傳感器的各項(xiàng)性能指顯 示 器 8051 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器 應(yīng)變式稱重傳感器 放 大 器 鍵盤 打 印 機(jī) 被測(cè)對(duì)象 標(biāo)的要求也不盡相同。因此，其性能的優(yōu)劣或質(zhì)量的高低，對(duì)整個(gè)稱重控制系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。電子衡器用于電子稱重，是國家重點(diǎn)管理的 6種計(jì)量器具之一。 圖 儀器硬件結(jié)構(gòu)框圖 稱重傳感器 在電子秤中，傳感器是最關(guān)鍵的部件，也是設(shè)計(jì)中最難處理的環(huán)節(jié)，其性能的好壞直接決定了電子秤的性能。 電子秤的構(gòu)成 便攜式電子秤硬件系統(tǒng)由應(yīng)變式稱重傳感器、放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤 /開關(guān)、 LCD 顯示器、打印機(jī)等組成。 這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。單片機(jī)經(jīng)過相應(yīng)的處理后 ，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。 另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此還設(shè)計(jì)了過載提示。 微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。 電子衡器的最大稱量 Max可以用總分度數(shù) n與分度值 d 的乘積來表示，即 Max=n用 e 或 d 來表示。 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大 值。一般地信號(hào)的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模／數(shù) ( A/D)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的 CPU處理， CPU不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié) 。 (3) 測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置 即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成： (1) 承重、傳力復(fù)位系 統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。 （ 4） 功能：開機(jī)自檢、去皮、計(jì)價(jià)、清零、中文液晶顯示、過載報(bào)警等。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便，集質(zhì)量稱量功能與價(jià)格計(jì)算功能于一體，能夠滿足 商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求，項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)要求與 OIML(國際法制計(jì)量組織 )建議基本吻合，與國際水平接軌。基于當(dāng)前電子秤和便攜秤的現(xiàn)狀和不足，人們高度重視發(fā)展小型化的普及型的便攜式電子秤，設(shè)計(jì)一種重量輕、攜帶方便、計(jì)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、價(jià)格低廉的便攜式電子秤（袖珍電子秤）已迫在眉睫。 電子秤產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化，模塊化，集成化，智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性高，可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和 非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合型。電子秤集機(jī)、電、儀于一體，具有多功能、高精度、快速和動(dòng)態(tài)計(jì)量、穩(wěn)定可靠等特征，代表了衡器產(chǎn)品發(fā)展的方向。但就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，其主 要差距是技術(shù)與工藝不夠先進(jìn)、工藝裝備與測(cè)試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。 60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。電子衡器是自動(dòng)化稱重控制和貿(mào)易計(jì)量的重要手段，對(duì)加強(qiáng)企業(yè)管理、嚴(yán)格生產(chǎn)、貿(mào)易結(jié)算，交通運(yùn)輸、港口計(jì)量和科學(xué)研究都起到了重要作用。 電子秤的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 一、發(fā)展現(xiàn)狀 電子衡器已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，近年來愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制之中，使現(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)成為工藝技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。 50 年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到圍民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著稱重傳感器各項(xiàng)性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎(chǔ)，國外如美國、西歐等一些國家在 2 0 世紀(jì) 6 0 年