传感器是电子天平的重要元器件,关乎着电子天平称重的灵敏度、精确度,可以说是电子天平的“心脏”器件。电子天平发展至今,其传感器的种类也经过了历次更迭,不同构造、不同原理的天平传感器,其性能、价格也是千差万别。
以下我们来了解一下电子天平主流的传感器类型:
1、电感式传感器
电感式传感器是利用电磁力与被测物体的重力相平衡的原理来测量称重的。天平秤盘通过支架连杆与线圈连接,在称量范围内,当被测物的重力通过连杆作用在线圈上,这时在磁场中若有电流通过,线圈将产生一个电磁力,流经线圈内部的电流I与被测物体的质量成正比,因此只要测出电流I即可知道物体的质量。
电感式传感器构造简单,成本较低,适用于对精度要求不高的电子天平。
2、电容式传感器
电容式传感器的称重原理是:利用电容振荡电路的振荡频率F与极板间距d的正比例关系,当在称重台加载负载时,两个极板间的距离发生变化,电路的振荡频率也随之变化,测出频率的变化即可求出负载的质量。
电容式传感器耗电量小,具有较高的信噪比和系统稳定性,动态响应快,成本低,适应性强,可在高低温、强辐射等恶劣环境下工作。但其输出阻抗高,负载能力差,精确度较低,约为1/200~1/500。
3、电阻应变片式传感器
电阻应变片式传感器的原理是利用金属材料在压力和张力作用下会发生电阻值变化的现象,将被测的非电量转换成电阻的变化,再经过转换电路变成电量的输出。其优点是精度高,测量范围广,结构简单,体积小重量轻,使用寿命长,性能稳定可靠,价格低廉。缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。
应变片式传感器在天平上的工作原理:称盘空载时,应变片的阻值相同,电压通过桥式电路后输入到放大器的电压为零。当天平称盘上有负载的时候,应变片被拉伸或受压,其阻值增大或减小。这样一来,经过桥式电路后有一微小电压输入到放大器。这一数值经放大,微处理器处理后显示出来,即被称物体重量。
使用电阻应变片式传感器制造的电子天平,精度可达万分之一,量程较大,从几公斤到几十吨都可应对。
4、电磁平衡式传感器
电磁平衡式传感器利用电磁力平衡原理制作而成,测量时其导向机构在被称物的重力作用下,因变形而产生位移,位移经杠杆放大后,使与杠杆相连的线圈在静磁场中移动,光电装置测出线圈偏离了原来的平衡位置。由电路控制部分给线圈一定的补偿电流,通有电流的线圈在磁场收到电磁力作用,使杠杆恢复到平衡位置。将这个与被称物相对应的补偿电流由电路控制部分进行转换处理,即可测得被称物的质量。
电磁平衡式传感器结构复杂但精度很高,采用电磁平衡式的电子天平可达到百万分之一以上的精度,受温度变化的影响较小,使用寿命长。
5、单体传感器
超级单体传感器,是将一块特种合金在10000rpm的超高速三维加工中心上一次加工成一个除磁缸和线圈之外的完整的传感器。由于其使用单一材料,膨胀系数一致,温度漂移小;传感器无连接簧片,连接强度高,无内应力,不像分体式传感器那样具有簧片断裂的风险。
使用超级单体传感器的天平具有更高的精度(最高分辨率可达亿分之二)、更快速地响应、更加稳定的示值读数、更加坚固且耐用,并且受环境温度影响极小。
6、单模传感器
单模传感器是将一块特种合金利用线切割进行二维加工的称重传感器。它的横梁组成方式是外加杠杆,由于非一体化结构,比较敏感,四角误差不可外部调节。
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