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什么是负载细胞和它如何运作?

称重传感器
称重传感器

测力元件是用来测量力的装置。对于施加的力,它在输出端产生一个电信号。应变计是最常见的一种称重元件,它是用来测量重量的。在本文中,我们将了解测压元件是如何工作的以及测压元件的各种规格。

什么是测压元件?

测压元件是一种力传感器。换能器是一种把各种形式的能量转换成可读电信号的装置。在这种情况下,测压元件将力转换为可由电气设备读取的电压。应变计是日常生活中最常用的测压元件之一,它几乎存在于所有测量重量的设备中。

测压元件是如何工作的?

负载电池在柔性背衬上包含非常细的电阻材料。当将力施加到负载电池的主体时,电阻材料被迫与柔性背衬变形。由于电阻条的尺寸变化,因此电阻也变化。

负载电池电阻条

然而,电阻的变化与材料的总电阻相比非常小——通常在1:100范围内。这使得绝对电阻测量变得困难。由于这个原因,由柔性背衬上的电阻材料形成的电阻被置于一种称为惠斯通电桥的结构中。惠斯通电桥(以推广其使用的查尔斯·惠斯通爵士命名)是一种钻石形状的电阻配置,每边包含一个电阻器,如下所示。

惠斯登电桥电路

一种电压叫做激励电压应用于钻石的两个相对的角,输出在另一对相对的角之间读取。在正常情况下,当不施加外力时,所有电阻器的值是相同的。惠斯通电桥的每个“支路”是一个电阻分压器,因为所有的电阻都是相等的,所以每个支路的输出电压都是相等的——这意味着输出是0V,因为输出在每个分压器的中间。当施加一个力时,其中一个电阻的值会发生变化,从而改变桥腿上的电压。这导致输出上出现一个小的电压差。

下面链接的是惠斯顿桥的交互式模拟。

https://tinyurl.com/ydnudnok.

在仿真中,右下角的电阻在9900Ω和10100Ω之间变化,激励电压为10V,输出为±25mV。

如何使用测压元件?

负载电池的输出电压非常小,并来自高阻抗源(分压器) - 因此,必须执行一些信号调节,以便精确读取电压。信号调理电路必须有一个高的输入阻抗,这样就不会负载分压器,同时还要有一个高的共模抑制比,因为每个支路的绝对电压是激励电压的一半,同时还要有一个高的差分增益。这需要仪器放大器,其满足上面列出的所有条件。下面使用配置为100的AD620显示一个示例电路,这意味着每1MV输入电压将有100MV输出。例如,如果桥的全尺度输出为±25mm,则放大器的输出将为±2.5V。

仪表放大器AD620电路图

结论

测压元件是一种基于惠斯通电桥的测量力的装置。它产生一个差分输出,可以用差分放大器来测量。

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