称重系统设计
摘要：称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。本系统设计中采用电阻应变式传感器测量物体的质量，提出设计思路和设计方法，并且阐述了电阻应变式传感器的工作原理，推导输入输出的关系
关键字：电阻应变式传感器、重量、输入、输出
传感器的选择
称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对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。测量重量的传感器有很多种，按工作原理分有弹性力平衡式压力传感器、感应式传感器、应变式传感器、压电式传感器、霍尔式压力传感器、电容式、光纤式、数字式传感器等。选择传感器要考虑以下几点：
（1）量程的选择
传感器量程的选择可依据秤的最大的称量值、选用传感器的个数、秤的本身自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤的自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
（2）准确度的选择
传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。
综合以上两点，本系统中采用电阻应变式传感器。
电阻应变式称重传感器的原理分析
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。
未发生形变时：
R =ρL （1） A
当每一可变参数分别有一增量时：
dR =R (dl 2dr d ρ-+) （2） l r ρ
将（2）式变形可得：
dR dl 2dr d ρ=(-+) （3） R l r ρ
分析上式可得：dl dr =ε为电阻丝轴向相对变形，电阻丝径向相对变形，根据l r
dr dl =-μ=-με（4） r l 电阻丝材料的泊松比：
d ρ
ρ与电阻丝轴向所受正应力有关，即：
d ρ
ρ
在上式中λ是压阻系数，与材质有关，E 为材料的弹性模量
综合上述（1）（2）（3）（4）（5）可得： =λσ=λE ε（5）
dR =(1+2μ+λE ) ε（6） R
由于弹性模量和压阻系数的乘积非常的小，因此在实际计算过程中可以忽略不计，因此可得：
dR =(1+2μ) ε（7） R
根据（7）式，可以看出在电阻丝径向应变产生后会出现相应的电阻的应变，因此可以通过测变形的方式测量电阻的变化，从而得出重量
信号的处理
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，各个臂的参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。由于直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。上图3.2为一直流供电的平衡电阻电桥，E in 接直流电源E 。
当电桥输出Uo 端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源内阻时，由分压原理有：
U 0=U BD =U AB -U AD （8）
U 0=E (
整体设计 R R -R R R R -) =E ) （9） (R 1+R 2)(R 3+R 4) R 1+R 2R 3+R 4
整体的设计思路是建立在检查系统之上，需要才用放大电路，且利用A/D转换电路进行信号处理，信号输入单片机，利用单片机进行编程，对输入的信号量进行处理，处理后的信号经过显示器进行显示，还可以设置相应的报警电路，
对
超过称重载荷的信号进行报警，以免过载导致检查系统失效
参考文献 [1]李学磊. 压力传感器研究现状及发展趋势. 山东农业大学，2001
[2]王振清．公路超限运输概论．北京：人民交通出版社，1997
[3]河北交通科技网．计重收费治超限超载．www ．hebjtinfo ．com
[4]关于在全国开展超限超载治理．www ．hnzcw ．cn
[5]樊丽辉．车辆动态称重技术[J]．中南汽车运输，1998(2)
[6]陈粤初，窦振中等．单片机应用系统设计与实践[M]．北京：北京航天航大
学出版社，1991
[7]罗泽华．电子衡器称重传感器选用规则[J]．衡器．2003：41—42
[8]苗丽霞．浅析惠斯登电桥在称重传感器中的应用[J]．甘肃冶金2004．12
[9]曹军．仪器放大器性能及其应用[J]．电子器件．1997．9第20卷第3期
称重系统设计
摘要：称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。本系统设计中采用电阻应变式传感器测量物体的质量，提出设计思路和设计方法，并且阐述了电阻应变式传感器的工作原理，推导输入输出的关系
关键字：电阻应变式传感器、重量、输入、输出
传感器的选择
称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对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。测量重量的传感器有很多种，按工作原理分有弹性力平衡式压力传感器、感应式传感器、应变式传感器、压电式传感器、霍尔式压力传感器、电容式、光纤式、数字式传感器等。选择传感器要考虑以下几点：
（1）量程的选择
传感器量程的选择可依据秤的最大的称量值、选用传感器的个数、秤的本身自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤的自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
（2）准确度的选择
传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。
综合以上两点，本系统中采用电阻应变式传感器。
电阻应变式称重传感器的原理分析
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。
未发生形变时：
R =ρL （1） A
当每一可变参数分别有一增量时：
dR =R (dl 2dr d ρ-+) （2） l r ρ
将（2）式变形可得：
dR dl 2dr d ρ=(-+) （3） R l r ρ
分析上式可得：dl dr =ε为电阻丝轴向相对变形，电阻丝径向相对变形，根据l r
dr dl =-μ=-με（4） r l 电阻丝材料的泊松比：
d ρ
ρ与电阻丝轴向所受正应力有关，即：
d ρ
ρ
在上式中λ是压阻系数，与材质有关，E 为材料的弹性模量
综合上述（1）（2）（3）（4）（5）可得： =λσ=λE ε（5）
dR =(1+2μ+λE ) ε（6） R
由于弹性模量和压阻系数的乘积非常的小，因此在实际计算过程中可以忽略不计，因此可得：
dR =(1+2μ) ε（7） R
根据（7）式，可以看出在电阻丝径向应变产生后会出现相应的电阻的应变，因此可以通过测变形的方式测量电阻的变化，从而得出重量
信号的处理
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，各个臂的参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。由于直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。上图3.2为一直流供电的平衡电阻电桥，E in 接直流电源E 。
当电桥输出Uo 端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源内阻时，由分压原理有：
U 0=U BD =U AB -U AD （8）
U 0=E (
整体设计 R R -R R R R -) =E ) （9） (R 1+R 2)(R 3+R 4) R 1+R 2R 3+R 4
整体的设计思路是建立在检查系统之上，需要才用放大电路，且利用A/D转换电路进行信号处理，信号输入单片机，利用单片机进行编程，对输入的信号量进行处理，处理后的信号经过显示器进行显示，还可以设置相应的报警电路，
对
超过称重载荷的信号进行报警，以免过载导致检查系统失效
参考文献 [1]李学磊. 压力传感器研究现状及发展趋势. 山东农业大学，2001
[2]王振清．公路超限运输概论．北京：人民交通出版社，1997
[3]河北交通科技网．计重收费治超限超载．www ．hebjtinfo ．com
[4]关于在全国开展超限超载治理．www ．hnzcw ．cn
[5]樊丽辉．车辆动态称重技术[J]．中南汽车运输，1998(2)
[6]陈粤初，窦振中等．单片机应用系统设计与实践[M]．北京：北京航天航大
学出版社，1991
[7]罗泽华．电子衡器称重传感器选用规则[J]．衡器．2003：41—42
[8]苗丽霞．浅析惠斯登电桥在称重传感器中的应用[J]．甘肃冶金2004．12
[9]曹军．仪器放大器性能及其应用[J]．电子器件．1997．9第20卷第3期