稱(chēng)重傳感器" target="_blank" href="http://weryuadfsd.net.cn/subject/s106.html">傳感器的輸出計(jì)算
圖
1稱(chēng)重傳感器電路簡(jiǎn)圖
稱(chēng)重傳感器的輸出計(jì)算
1是一個(gè)不含溫度補(bǔ)償電阻的稱(chēng)重傳感器電路簡(jiǎn)圖。四個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)呈現(xiàn)在
惠斯通電橋的橋臂上。請(qǐng)注意，應(yīng)變方向相同的兩個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)安裝在電橋的相
對(duì)橋臂上，以保證電橋靈敏度*大。例如，電阻應(yīng)變計(jì)
1和
3受拉伸應(yīng)力，2和
4受壓縮應(yīng)力，那么這種安裝的結(jié)果是當(dāng)稱(chēng)重傳感器承載后，增加了電橋從
B點(diǎn)
到
C點(diǎn)的*終電壓輸出。相反，當(dāng)稱(chēng)重傳感器由于溫度影響而改變它的電阻時(shí)，
由于增加或減少相同的量，電橋的*終輸出不會(huì)變化。這種電橋的構(gòu)造由于溫度
產(chǎn)生單一的*小輸出值，而使稱(chēng)重傳感器產(chǎn)生*大輸出值。
如圖
1所示，電橋輸出
E0與輸入
Ei之比為：
式中：Gf—應(yīng)變計(jì)系數(shù)，由應(yīng)變計(jì)制造商提供的非尺寸大小因素。
et—電橋上應(yīng)變計(jì)的全部有效應(yīng)變產(chǎn)生的總的應(yīng)變輸出。
變化公式（1），得到總應(yīng)變：
通過(guò)這兩個(gè)公式，便可以計(jì)算稱(chēng)重傳感器的輸出靈敏度
E0/Ei，如果給出了電橋
各橋臂的應(yīng)變值，就可以計(jì)算出總的應(yīng)變值
et。如果給出了所需要的電橋輸出值，
要想確定電橋的總應(yīng)變值
et，我們必須知道每個(gè)橋臂的應(yīng)變值：
稱(chēng)重傳感器的輸出計(jì)算
式中：e1—應(yīng)變計(jì)
1的單軸應(yīng)變值（通常是稱(chēng)重傳感器上*大*主要的應(yīng)
變）。
e2、e3和
e4—應(yīng)變計(jì)
2、3和
4上的單軸應(yīng)變值。
稱(chēng)重傳感器的輸出計(jì)算
上述公式
et中的加號(hào)和減號(hào)是由其在電橋上的位置而決定的。如果應(yīng)變計(jì)
1和
3
處于拉伸應(yīng)力，使得電阻增加（或者相對(duì)于
C、B處得到一個(gè)正的輸出），應(yīng)變
計(jì)
2和
4處于壓縮應(yīng)力，使得電阻減?。ɑ蛘呤堑玫揭粋€(gè)負(fù)的輸出），則公式
為：
*后，由于電橋的位置，應(yīng)變計(jì)電阻的變化
et的公式如下：
在全部稱(chēng)重傳感器設(shè)計(jì)中，應(yīng)變計(jì)
1、2、3和
4上的應(yīng)變值存在著一個(gè)固定的
關(guān)系
N（電橋應(yīng)變放大系數(shù)），則上式可以寫(xiě)為：
和
用公式（1）代替
et，結(jié)果是：
公式（2）變化為：
有三種應(yīng)力被應(yīng)用于稱(chēng)重傳感器的設(shè)計(jì)中，即拉伸與壓縮應(yīng)力，彎曲應(yīng)力和剪切
應(yīng)力。
利用拉伸與壓縮應(yīng)力的稱(chēng)重傳感器
利用拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的多為商業(yè)稱(chēng)重傳感器，它是利用單一載荷產(chǎn)生的應(yīng)
力，代替被稱(chēng)物體產(chǎn)生的應(yīng)力。由于有較小的縱剖面設(shè)計(jì)，能為所給的受力狀態(tài)
提供較大的輸出。
在航空工業(yè)中，通常用圓柱形彈性體作稱(chēng)重傳感器（處于拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的
圓柱）是比較方便的。*好是將圓柱的兩端固定或設(shè)計(jì)成雙球面，若是作不到這
一點(diǎn)，就把應(yīng)變計(jì)粘貼在附加彎矩*小區(qū)域，那里的橫截面存在有規(guī)律的變化，
并產(chǎn)生*小的彎曲應(yīng)力。
稱(chēng)重傳感器的輸出計(jì)算
注意：
1、應(yīng)變計(jì)
1、4和
2、3為單軸結(jié)構(gòu)或
90°應(yīng)變花，在圓筒
表面相隔
180°粘貼。
2、在載荷
P方向，應(yīng)變計(jì)
1、3受拉伸，應(yīng)變計(jì)
2、4受壓縮。
圖
2電阻應(yīng)變計(jì)位置圖
圖
2是圓柱式稱(chēng)重傳感器的一個(gè)例子，有關(guān)計(jì)算圓柱應(yīng)力
S的傳統(tǒng)公式如
下：
式中：P—軸向載荷。
A—圓柱橫截面面積（圖
2的
A-A部分）。
S—拉伸或壓縮應(yīng)力。
既然這是一個(gè)單軸向載荷的圓柱，就可應(yīng)用虎克定律，其應(yīng)力、應(yīng)變可用如
下公式計(jì)算：
式中：Em—彈性模量。
e1—1號(hào)應(yīng)變計(jì)的軸向應(yīng)變值。
圓柱式稱(chēng)重傳感器電橋的輸出應(yīng)由公式（5）計(jì)算。
既然圓柱的尺寸大小是固定的，正如下面例子所給出的：假設(shè)一個(gè)額定載荷為
P=2500Ib（磅）的鋼制彈性體，彈性模量
Em=10.6×106psi（磅/英寸
2），圓
筒的外徑為
2.0英寸，內(nèi)徑為
1.75英寸。通過(guò)計(jì)算其橫截面面積為
A=0.736
英寸
2。
為通過(guò)公式（
3）和（
4）確定
N，e1=e3，e2=e4=μe1，式中μ為泊松比。代入公
式（3）和（4），其結(jié)果為：
N=1+μ+1+μ=2（1+μ）
由于鋼的μ值為
0.32，所以
N=2.64。
利用公式（7）計(jì)算應(yīng)力，即
通過(guò)公式（8）確定應(yīng)變計(jì)
1的應(yīng)變值，即
通常寫(xiě)為
e1=320microinches/inch（微英寸/英寸）。
如果應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)（由制造商提供）為
2.0，代入公式（5）中，計(jì)算結(jié)果如
下：
這說(shuō)明如果給電橋施加
Ei=10V激勵(lì)電壓，一個(gè)
2500磅的載荷施加在稱(chēng)重傳感
器上時(shí)，輸出的變化應(yīng)為
E0=4.22mv。一個(gè)典型的商用稱(chēng)重傳感器的額定輸出
為從2.00到3.00mv/v或從20到
30mv（施加
10v激勵(lì)電壓時(shí)），所以
0.422mv/v
是一個(gè)較低的輸出。
若要增大這個(gè)例子中圓筒式稱(chēng)重傳感器的輸出，???們可以作很多工作。
（A）為求所需要的橫截面面積
A，假定計(jì)算靈敏度為
2.0mv/v，就必須選擇能
形成這一面積的外徑?？稍趫A柱彈性體表面粘貼應(yīng)變計(jì)并使其受載進(jìn)行驗(yàn)證，直
到得出滿(mǎn)足要求的直徑為止。如果這種方法不行，可以試驗(yàn)下一個(gè)方法。
（B）電橋輸出電壓
E0與輸入電壓
Ei成正比，輸入電壓受材料，電橋電阻，應(yīng)
變計(jì)尺寸等限制（見(jiàn)參考文獻(xiàn)
[3]）。假定施加在電橋上的*大推薦電壓為
10V，
要想應(yīng)用更高的電壓，可通過(guò)加大電橋電阻的方法，即采用更大電阻的應(yīng)變計(jì)。
圖
2展示的
4個(gè)應(yīng)變計(jì)，其中兩個(gè)應(yīng)變計(jì)在
0°位置上（或粘貼一個(gè)
90°的應(yīng)變
花），另兩個(gè)應(yīng)變計(jì)在
180°位置上（或粘貼第
2個(gè)應(yīng)變花）。應(yīng)用
8個(gè)應(yīng)變計(jì)
的電橋，在圓柱表面沿
0°，90°，180°和
270°粘貼
90°的應(yīng)變花，電橋各臂電
阻會(huì)增大一倍。這時(shí)輸入電壓可增大，但是由于推薦應(yīng)用于電橋的電壓與電阻的
平方根成比例，所以這只能增加輸出值的
1.41倍。另外，如果應(yīng)變計(jì)的柵長(zhǎng)和
柵寬分別由
1/8英寸增大到
1/4英寸時(shí)，應(yīng)變計(jì)的面積便增加了
4倍，而輸出
增加一倍?，F(xiàn)在總輸出增加了（
1.41×2）或
2.82倍，電橋電壓會(huì)增加到
28.2V，
輸出由
11.9mv取代了
4.22mv。稱(chēng)重傳感器的輸出計(jì)算
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
