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)

二、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枣电信号的转换任务。

以称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。

肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）

其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

三、检测电路

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

因为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销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

称重传感器性能的好坏很大程度上取决于制造材料的选择。称重传感器材料包括以下几个部分：应变片材料、弹性体材料、贴片黏合剂材料、密封胶材料、引线密封材料和引线材料。

应变片是称重传感器的感应部分，它将外力的大小转化为电学量输出，是传感器最重要的组成部分，常用的应变片基材采用高分子薄膜材料，应变材质通常为高纯度康铜 。应变片的性能不仅仅与基材和康铜纯度有关，还与制造工艺有关。提高工艺技术水平也是改善传感器性能一个很重要的方面。

称重传感器弹性体的作用是传递外力，它必须具有在受到相同力大小的时候，产生形变一样，因为应变片就粘贴在弹性体上面，弹性体的形变就是应变片的形变；同时它还须具有复位性，在外力消失的时候，可以自动复位。弹性体材料[ 通常选择各样金属，主要有铝合金、不锈钢和合金钢等等。

贴片黏合剂是把应变片和弹性体牢牢固定在一起，使它们产生的形变永远一致。由此可见，贴片黏合剂也是一个重要部件。21世纪初，使用叫多的贴片黏合剂是双组分高分子环氧系列黏合剂。21世纪初，它的性能与它自身的纯度、混合方式、储存时间、固化方式、固化时间等关系很大，在使用之前按要仔细看它的详细介绍。

早期的称重传感器密封都采用密封胶，后来由于制造技术的发展，用焊接技术可以提高极大传感器的稳定性和使用寿命。虽然21世纪初很多采用了焊接技术，但是某些重要部位还需涂抹一些密封胶。密封胶一般都采用硅胶，硅胶具有稳定性好的优点，可以防潮、防腐蚀，绝缘性能也非常好。

传感器输出引线如果不固定的话，会发生损坏或松动，导致信号不稳定或没有输出。21世纪初传感器输出都采用连接器的方式，连接器的材质和紧固力度也会给输出带来影响。最好采用连接器跟密封胶配合使用。内部引线也需要固定，防止其到处移动。引线的质量也很重要，其材质性能从高到低的排列顺序依次为镀银、铜线和铝线。如果周围高频信号、无线电波干扰严重的话，还需采用屏蔽电缆；在腐蚀性环境和易燃易爆场合则需要采用防腐防阻燃和防爆电缆，外加套管进行保护。

另外，称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标。

传感器的数量和量程

传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定)而定。一般来说秤体有几个支撑点就选用几只传感器。

传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。下面给出一个经过大量实验验证的经验公式。

公式如下：

C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)/N

式中 C一单个传感器的额定量程

W一秤体自重

Wmax一被称物体净重的最大值

N一秤体所采用支撑点的数量

K0一保险系数，一般取1.2～1.3之间

K1一冲击系数

K2一秤体的重心偏移系数

K3一风压系数

使用环境

称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对于正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。一般情况下，高温环境对传感器造成涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题；粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响；在腐蚀性较高的环境下会造成传感器弹性体受损或产生短路现象；电磁场对传感器输出会产生干扰。相应的环境因素下我们必须选择对应的称重传感器才能满足必要的称重要求。

准确度等级选择

称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。

应用范围及用途

譬如铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等

称重传感器[7]  的出线方式有4线和6线两种，模块或称重变送器的接线也有4线和6线两种，要接4线还是6线首先要看你的硬件要求是怎样的，原则是：传感器能接6线的不接4线，必须接4线的就要进行短接。
　　一般的称重传感器都是六线制的，当接成四线制时，电源线（EXC-，EXC+）与反馈线（SEN-，SEN+）就分别短接了。SEN+和SEN-是补偿线路电阻用的。SEN+和EXC+是通路的，SEN-和EXC-是通路的。
　　EXC+和EXC-是给称重传感器供电的，但是由于称重模块和传感器之间的线路损耗，实际上传感器接收到的电压会小于供电电压。每个称重传感器都有一个mV/V的特性，它输出的mV信号与接收到的电压密切相关，SENS+和SENS-实际上是称重传感器内的一个高阻抗回路，可以将称重模块实际接收到的电压反馈给称重模块。假设EXC+和EXC-为10V,线路损耗，传感器2mV/V，实际上传感器输出最大信号为（）*2=19mV，而不是20mV。此时称重传感器内部就会把19mV作为最大量程，前提是传感器必须通过反馈回路把实际电压反馈给称重模块。在称重传感器上将EXC+与 SENS+短接，EXC-与SENS-短接，仅限于传感器与称重模块距离较近，电压损耗非常小的场合，否则测量存在误差。

1、称重传感器[8]  要轻拿轻放，尤其对于用合金铝材料作为弹性体的小容量传感器，任何振动造成的冲击或者跌落，都很有可能造成很大的输出误差。

2、设计加载装置及安装时应保证加载力的作用称重传感器受力轴线重合，使倾斜负荷和偏心负荷的影响减至最小。

3、在水平调整方面。如果使用的是称重传感器的话，其底座的安装平面要使用水平仪调整直到水平；如果是多个传感器同时测量的情况，那么它们底座的安装面要尽量保持在一个水平面上，这样做的目的主要是为了保证每个传感器所承受的力量基本一致。

4、按照其说明中称重传感器的量程选定来确定所用传感器的额定载荷。

5、为防止化学腐蚀．安装时宜用凡士林涂称重传感器外表面。应避免阳光直晒和环境温度剧变的场台使用。

6、在称重传感器加载装置两端加接铜编织线做的旁路器。

7、电缆线不宜自行加长，在确实需加长时应在接头处锡焊，并加防潮密封胶。

8、在称重传感器周围最好采用一些挡板把传感器罩起来。这样做的目的可防止杂物掉进传感器的运动部分，影响其测量精度。

9、传感器的电缆线应远离强动力电源线或有脉冲波的场所，无法避竞时应把称重传感器的电缆线单独穿入铁管内，并尽量缩短连接距离。

10、按其说明中的称重传感器量程选定来确定所用传感器的额定载荷，称重传感器虽然本身具备一定的过载能力，但在安装和使用过程中应尽量避免此种情况。有时短时间的超载，也可能会造成传感器永久损坏。

11、在高度精度使用场合，应使/称重传感器和仪表在预热30分钟后使用。

在测量过程中，重量加载到称重传感器的弹性体上会引起塑性变形。

应变 (正向和负向) 通过安装在弹性体上的应变片