差动传感器的工作原理

2024-07-08

差动传感器的工作原理（通用7篇）

差动传感器的工作原理篇1

2.3 差分放大器

差动放大电路工作原理

1.基本差动放大电路：下图为差动放大器的典型电路。

信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。

对差分放大器来说，放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。

2.差模共模信号当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。

当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态。

当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中

3.差模共模等效电路

1）输入电阻：2rп

2）输出电阻：单端Rc 双端2Rc 3)双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：

1）输入电阻：Βree 2）电压增益：

双端输入双端输出

共模抑制比

共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大

倍数之比，即：

差动传感器的工作原理篇2

利用上述四种差动机构都可以进行两个输入量的代数和运算, 输入量与输出量的变化关系如下:

(1) 把两个回转输入量合成为一个回转输出量或者合成一个直线位移。

(2) 把两个直线位移输入量合成为一个直线位移输出量。

需要注意的是, 除锥齿轮式差动加法机构的输入范围一般不受限制外, 其他三种机构因为构件的长度有限从而使输入量范围受到限制。文章主要介绍齿条式差动加法机构的工作原理及其演化。

齿条式差动加法机构是最基本的差动机构, 它是由如图1所示的平行板式差动机构演变而来。

图示的平行板式差动机构由两块相互平行的平板1和2以及滚子3组成。当两平板有相对位移时, 滚子作纯滚动。这时滚子中心的位移z就是两平板位移量x和y的代数和。

图2所示的齿条式差动加法机构就是根据平行板式差动机构改进得来。它由齿条1和齿条2及齿轮3组成。当两齿条同时或先后做x和y移动时, 则齿轮3轴心的位移量为z。它们的关系如下所述:当齿条1固定不动, 齿条2移动量为y时, 由于瞬时运动的半径比为r/2r=1/2, 所以齿轮轴心的移动量zy=y/2。同理, 当齿条2不动, 齿条1移动量为x时, 齿轮轴心的移动量zx=x/2。如果将齿条1和齿条2分别移动x和y时, 则齿轮轴心的总移动量z=zx+zy= (x+y) /2。

如果两齿条位移量相等而方向相反, 则齿轮所处的位置不变, 即z=0;如果两齿条的位移量相等而运动方向相同, 则齿轮轴心的位移量z与齿条的位移量x和y由上述关系可知, z=x=y;如果两齿条按相反方向做不等量的位移时, 齿轮轴心的总位移量z= (x-y) /2或者z= (y-x) /2。

齿条式差动加法机构由于受齿条的长度限制, 只能做有限的位移。如要实现在一个方向上作“无限长”的运动, 可以假设把两条齿条弯成圆环就演变成了锥齿轮式差动加法机构。

锥齿轮差动加法机构是典型的加法机构, 其结构如图3所示, 输入齿轮的两中心锥齿轮1和2绕十字轴3转动, 两个行星锥齿轮4对称布置, 绕十字轴的转臂自转, 又绕中心锥齿轮周转。从锥齿轮1或2到十字轴的传动比为i13=i23=1/2。设锥齿轮1和2的输入角速度分别为ω1和ω2, 则十字轴的输入角速度ω3= (ω1+ω2) /2。

如果用十字轴和任一侧锥齿轮作为输入量, 其代数和可由另一侧锥齿轮取得。即ω1=2ω3-ω2。

由上述关系可知, 差动机构具有三个未知数, 只要给定了其中任意两个的值, 则另一个的值才可确定。换句话说, 差动机构具有两个自由度, 只有确定的两个构件的运动形式, 第三个构件才具有确定的运动轨迹。

摘要：加法机构作为解算机构中的一类, 能按照特定的数学关系所确定的规律实现机械运动转换, 使其在军事技术领域、自动装置、遥控系统等方面都有所应用。加法机构的主要功能构件都是由杠杆、滑杆、齿轮、齿条、钢球等常见构件所组成, 所以这种机构具有结构简单、制造容易、使用方便、成本低廉等优点。

关键词：差动机构,行星锥齿轮,机构演化

参考文献

[1]陈国华.机械机构及应用[M].机械工业出版社, 2008.

氧传感器的工作原理与检修篇3

【关键词】氧传感器；工作原理；检修

一.发动机氧传感器的类型

汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为二氧化锆（zrO2）式和二氧化钛（TiO2）式两种类型。而常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。

二.发动机氧传感器的构造

二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套以及防止二氧化锆管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成如图1所示。

三.氧传感器的工作原理

氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。在排气高温作用下氧气发生分离，由于锆管内侧氧离子浓度高，外侧氧在两个表面电极有氧浓度差，氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。当混合气稀，空燃比大时，排气中的氧含量高，传感器元件内、外侧氧浓度差小，氧化锆元件内、外侧两电极之间产生的电压很低，当混合气浓时，排气中几乎没有氧传感器内、外侧氧浓度差很大。内、外侧电极之间产生的电压高（约1V）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变。二氧化锆管内外涂有铂起催化作用，能使排气中氧气与一氧化碳、碳化氢等发生反应，减少排气中氧含量，使外侧铂表面的氧几乎不存在，提高了传感器的灵敏度。氧传感器的输出特性与排气温度有关，二氧化锆式氧传感器的工作温度在300℃以上。当排气温度低于一定值约时，氧传感器的输出特性不稳定，因此氧传感器一般都安装在排气温度较高的位置。为此，有些车上海装有排气温度传感器，当排气温度传感器的信号达到一定值后，控制单元才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正。其特点是抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。

四.氧传感器的常见故障

（一）氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。

（二）积碳

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。

（三）氧传感器陶瓷碎裂

氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。

（四）加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

（五）氧传感器内部线路断脱

内部线路有虚焊松脱或者断路。找一个新的氧传感器进行检测，如果故障消失则是氧传感器的毛病，反之，则是线路的问题，需更换线路。

五.氧传感器的检修

（一）分工况检测

氧传感器输出的信号电压（指ECU 导线侧连接器端子对地的电压）应当符合下面的要求——a.点火开关位于ON 位置时，信号电压大约为0V；b.发动机冷机怠速运转时，信号电压大约为0V；c.发动机预热后怠速运转时，信号电压大约为0 V～1.0V；d.发动机预热后加速运转时，信号电压大约为0.5 V～1.0V；e.发动机预热后减速运转时，信号电压大约为0 V～0.4V。

（二）灵敏度检测

起动发动机，让发动机以2500 r/min 的转速运转3min，使氧传感器达到工作温度。发动机继续以2500r/min 的转速运转，同时测量氧传感器的信号电压，如果信号电压在0.1 V～1.0V 之间波动的次数为10 s 内大于8 次，说明氧传感器的灵敏度正常。否则，应当更换氧传感器。

（三）模拟检测

拔下一根发动机的真空软管，模拟混合气变稀，若氧传感器的信号电压下降到0.1 V～0.3V；堵住空气滤清器的进气口，模拟混合气变浓，若氧传感器的信号电压上升到0.8 V～1.0V，说明氧传感器工作正常。如果氧传感器的信号电压不发生上述变化，说明氧传感器有故障，应该予以更换。

六.氧传感器故障的案例

（一）案例

（1）故障现象

一辆丰田LEXUS LS400轿车，已经跑了10万多公里，车主反映车子加速没有以前顺畅，松油门时怠速有轻微的振动，发动机故障灯时亮时不亮，油耗也明显增加。

（2）故障的诊断

读取故障码，故障代码显示为混合气过浓或过稀，从而得到大概的故障部位在进气系统、燃油供给系统、点火系统。可能的主要故障部件为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、油压调节器、点线圈、高压线、火花塞及氧传感器。本着先易后难的原则逐一进行检测，推断故障所在因为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器都有一个确定的故障码，如有问题，都会被控制单元记录下来，会有故障码读出，根据故障自诊断情况，这些部件都没有故障代码，基本可以确定上诉部件没有故障。而氧传感器是受其它因素影响较多的元件，应该先检测其它的元件，最后检查氧传感器。检发现其余元件没有损坏，问题则出在氧传感器上。

（3）故障的检修

根据电路图，断开发动机ECU与氧传感器的联接，对氧传感器进行检测，测量左右两边的主氧传感器加热元件的电阻，都在5.1～6.3Ω之间，没有问题，接着测量ECU端子HTL和HTR对搭铁的电压在9～14V之间，也没有问题。只有检查氧传感器的工作情况了。按要求装好拆下的拆下的部件，起动发动机，并热车到正常的工作温度，连接诊断插座上的E1和TE1端子，用万用表的正极表棒连接到插座的VF1和VF2端子，负极表棒连接到E1，高怠速（2500r/min）运转2分钟以加热氧传感器，然后将发动机速保持在2500r/min。分别计算电表在0～5V之间的波动次数（正常应在每10秒内波动8次左右），测得的波动次数为零。始终保持在0V，问题可能是氧传感器信号问题。再测量端子OX1、OX2端子跟E1之间的电压在0.5V以下，只有0.1～0.2V（正常应在0.5V以上），这就说明氧传感器不工作，问题终于找到了。由于氧传感器不能正常地把信号反馈给发动机ECU，不能对喷油器的喷油肪宽进行控制和修正，产生混合气过稀、过浓现象，导致出现了前诉问题。最后更换2个氧传感器和火花塞后，试车故障再也没有出现。

七.汽车氧传感器的发展趋势

中国开创性地提出了“新型汽车氧传感器产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型汽车氧传感器产业” 及替代产品的内涵。根据“新型汽车氧传感器产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国汽车氧传感器产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的汽车氧传感器产业发展进行了全面的研究。

参考文献：

[1]杨邦朝，简家文，张益康.氧传感器与现代生活[J].世界产品与技术，200l .

[2]杨邦朝，简家文等.氧传感器原理与进展[J].传感器世界，2002 （8）.

光电传感器工作原理篇4

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

分类和工作方式

⑴槽型光电传感器

把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

⑵对射型光电传感器

若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

⑶反光板型光电开关

把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

⑷扩散反射型光电开关

差动传感器的工作原理篇5

随着科学技术的发展，传感器的应用越来越普及，在我们的身边大量地使用着各种各样的传感器，但是很多学生会觉得传感器很神秘，是遥不可及的高科技产品。笔者希望能将学生实验和教师演示实验结合起来，通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作铺垫。在教学内容的设计方面，注重知识问题化，问题层次化，让不同层次的学生都有思考与讨论、交流与合作的空间；关注学生对知识形成过程的理解，让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学探究的方法。2教材分析

本节课介绍传感器的概念和一些制造传感器所使用的敏感元件，使学生对传感器的知识有一个初步的了解，体会物理知识在生活中的应用。为传感器的应用和利用传感器制作简单的自控装置作铺垫。3学情分析

学生在物理学习中，一般会做大量的习题，有较强的解题能力。但是，当遇到具体的实际问题和一些简单的有科技含量的产品时，却常常不会分析和处理。教材中即使安排了数量有限的物理实验和有关高新技术发展的阅读材料，在实际教学中往往也难以落实。因为学生对传感器了解较少，所以教学时应避深奥的理论，消除传感器的神秘感。学生之所以会“怕”，就是因为不熟悉，接触多了，问题就很容易解决了。在教学中多举些例子并多做实验，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。4教学目标 4.1知识和技能

（1）了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。（2）知道常见的传感器的类型。

（3）了解两种常见的敏感元件光敏电阻、热敏电阻及其工作原理。4.2过程和方法

学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。4.3情感态度价值观

（1）体会传感器在生活、生产、科技领域中的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。

（2）通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。5教学重难点

（1）重点：理解并掌握传感器的3种常见敏感元件的工作原理。（2）难点：分析并设计传感器的应用电路。6教学仪器

音乐茶杯、光敏电阻、热敏电阻、光敏电阻演示仪、开关、导线、多用电表、手电筒、小灯泡、干簧管、磁铁等。7教学方法

实验法、探究法、讨论法等。8教学过程 8.1引入课题上课前，先让学生观看一段机器人大赛的视频，机器人在自动搜寻火源。

看完这个视频，学生心中都有一个问题：机器人是如何自动找到火源的呢？进而引入课题。8.2新课教学师：“在大家看来传感器非常神秘，其实传感器对我们而言再熟悉不过了，因为我们人体本身就是传感器。”

人类制造的传感器，就像人的感觉器官一样，也可以感觉到外界的信息，然后把它转化为生物电信号。其实传感器的工作原理就是一感、二传。它可以感受到外界的非电学量，然后把它转为电学量。

（1）问题1：传感器的定义是什么呢？

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

师：在我们的生活中，传感器的应用其实非常广泛，请大家看如图1所示的图片。这些物体中有哪些是你们认识的？

生：图片1是摄像头，可以将图像画面转化为电信号。

生：图片5是火灾报警器，发生火灾的时候可以发出报警声。生：图2是一个测温仪，它不需要和人体接触，就能测出体温。生：图6是电子秤，可以称量物品的重量。

师：同学们说得都很好，上面图片中的这些物体都应用了传感器的原理。图片1和5是光电传感器的应用，图片2是温度传感器的应用，图片3是声音传感器的应用，图片4是电容传感器的应用，图片6是力传感器的应用。

演示实验1：教师出示一只音乐茶杯，茶杯平放于桌上时，无声无息，提起茶杯便播放悦耳的音乐。

（2）问题2：音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？学生猜测：在茶杯底部，所受压力发生改变。

实验探究：提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。学生猜测：是由于光照强度的改变。

实验探究：用一个纸盒挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。这是因为在音乐茶杯的底部有一个光敏电阻。（3）问题3：光敏电阻能够将什么量转化为什么量？生：光敏电阻能够将光学量转化为电阻等电学量。学生实验：

①实验目的：设计一个电路，使得小灯泡的亮度随手电筒的光照强度发生变化； ②实验器材：干电池(4节)、小灯泡、光敏电阻、手电筒、导线等。

师：同学们刚才设计的其实是一个光电报警电路，当光敏电阻所受光强发生变化时，小灯泡就会发光报警。接下来我来演示一下如图2所示的光电报警电路。演示实验：展示光电报警电路。

（4）问题4：请同学们来解释一下这个光电报警电路的工作原理？

生：当光敏电阻受到光照时，阻值减小，通过电磁继电器的电流增大，电磁继电器具有了磁性，将继电器上方的衔铁吸引下来。使得接触点由a、b接触变为b、c接触，从而将1、2接线柱的电路接通，蜂鸣器发出了鸣叫。

师：因为光敏电阻的阻值随光强发生改变，我们常用光敏电阻做光电传感器的敏感元件。那么温度传感器的敏感元件是什么呢？接下来，我们来介绍热敏电阻。（5）问题5：热敏电阻的阻值与温度变化有什么关系？生：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。

（6）问题6：热敏电阻能够将什么量转化为什么量？生：热敏电阻能够将温度转化为电阻这个电学量。

经过进一步研究发现，热敏电阻的阻值随温度的变化遵循如图3所示的变化规律。

在电学部分学习过小灯泡的欧姆定律，我们知道小灯泡的阻值随温度的增大而增大。小灯泡的灯丝是由钨丝制成的，经研究发现，金属材料的阻值都随温度的升高而增大，有一一对应的关系，因而可以用来制作温度计，把它称为金属热电阻。（7）问题7：热敏电阻和金属热电阻有何异同？

生：热敏电阻和金属热电阻的阻值都随温度发生变化。但是热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大。而且在一定范围内，热敏电阻随温度的变化比较灵敏。

（8）问题8：电容式位移传感器（见图4）能够将什么量转为什么量？生:电容式位移传感器能够将位移这个力学量转化为电容这个电学量。

师：当被测物体的位移发生改变时，电容器极板间的电介质发生改变，从而改变电容器的电容值。我们知道影响电容的因素除了电介质还有板间距d，以及正对面积S。下面介绍几类电容器传感器的应用实例，如图5~9所示。

当电容器的动片转动时，电容器的正对面积发生改变，从而改变了电容的值。将它制成传感器，就可以将转过的角度这个非电学量转化为电容这个电学量。图6改变正对面积2 当导电液体的深度发生改变时，电容器的正对面积发生改变。如果将它制成传感器就可以将液体深度这个非电学量转化为电容这个电学量。

当施加在可动电极上的力发生改变时，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容的值。如果将它制成传感器就可以将力这个非电学量转化为电容这个电学量。

声波使得电容器的金属薄膜发生振动，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容值。如果将它制成传感器就可以力这个非电学量转化为电容这个电学量。

现在的触摸式手机大多数都使用了电容屏，当按键的上的压力发生改变时，电容器间的距离发生改变，从而改变了电容值。如果将它制成传感器就可以力这个非电学量转化为电容这个电学量。

师：最后，我们再来看这样的一个盒子，这个盒子的内部结构我们不清楚，但是在盒子的旁边有一个小孔，小孔处露出一个灯泡。当我把一个磁铁靠近盒子时，灯泡发光了。谁能解释一下这是什么原因呢？

生：我觉得里面有一个磁性开关，当磁铁靠近开关时，开关就闭合了。

生：我觉得里面有一个线圈，当磁铁靠近时，产生了感应电流，所以灯泡就发光了。

生：我觉得里面有一个对磁敏感的元件，当磁铁靠近时，它的某个量发生改变，从而灯泡发光了。师：同学们刚才讲的都非常的好，这个盒子里面的确有一个对磁敏感的元件，它叫做干簧管，如图10干簧管

当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到控制开关的作用。（9）问题9：干簧管能够将什么量转化为什么量？

生：干簧管能够将磁感应强度这个磁学量转化为电路的通断。师：我们今天学习了传感器的概念，常见的传感器的类型，以及常见的敏感元件的工作原理。同学们思考一下家庭中有哪些物体应用了传感的原理。8.3教学反思

差动传感器的工作原理篇6

关键词电子汽车衡称重传感器工作原理技术故障解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（即被称为一次仪表元件），它处于称重台面的着力支点上，必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

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。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。

1.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。它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：

当它的两端受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：

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

从材料力学我们知道：

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

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：

2.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棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列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。

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。

3.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，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（或物体）严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷，导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷，电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响，极易使电阻应变片的阻值发生改变，使得称量结果产生误差。此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器）。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差，此时可按下述方法进行判断处理：

（1）拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（或标准比对物）对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（或比对物）值产生较大的偏差（汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ）。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外，在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

4.其他因素的影响。由于客观环境的制约，许多电子衡器（特别是大型电子轨道衡）的电源线、信号线、屏蔽线、接地线等通过穿线管与传感器与显示器进行连接，有时穿线管道必须埋设在地下，而雨水的作用易使导线短路、断路及接地现象。各线路间的绝缘性能降低，也会对称重测量产生一定的误差。

摘要电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备，而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（即被称为一次仪表元件），它处于称重台面的着力支点上，必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能。

关键词电子汽车衡称重传感器工作原理技术故障解决方法

一、前言

二、称重传感器的工作原理

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：

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

从材料力学我们知道：

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

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。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

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、称重传感器常见技术故障及解决方法

关键词电子汽车衡称重传感器工作原理技术故障解决方法

一、前言

二、称重传感器的工作原理

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：

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

从材料力学我们知道：

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

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。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

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、称重传感器常见技术故障及解决方法

差动传感器的工作原理篇7

许多原子由于它们特有的电子结构而具有像针那样有南北极的磁矩。当固体受到机械应力时，通常导致一定的变形能量储存在物体中。然而材料也会产生其他效应，而形成电场。元件受压时改变了磁畴的磁矩，其结果是沿着机械力作用的方向改变磁畴特性。这称为磁弹性效应，是传感器的基础。

当施加垂直力时，由于磁弹效应将产生磁各向异性现象，磁长随时间的变化将在线圈中感应出电压，因此，感应电压取决于次但特性，因为也就取决于所加的力。

１．振弦式传感器

目前振弦式传感器主要用语实验室的电子称和其他小称。在工业上曾用于台秤和皮带称。用质量对两根阵线预加负荷，当未知负荷通过角度的弦线施加负荷连接点时，左弦将受到增强的弦力作用，从而增大了该弦的固有频率。左右弦的频率之差正在与所施加的负荷，传感器的输出与将频率差变成脉冲计数对该脉冲串采样，即可直接读出重量值。绝大多数电子称重选用电阻应变式称重传感器。

应变计基本上是一个电阻，它由平行导线或金属箱作成一定的形状，并嵌入电环氧树脂材料作成的绝缘基底中。电阻变化正比于在弹性提上所施加的力，并被精确地测量出来。

热耗散是限制应变计允许通过电流的因素。其结果也就限制了称重传感器的不平衡电压输出。在传感器弹性体中进行有效的热耗散以获得稳定的测量结果是很必要的。

在电阻应变式称重传感器中，弹性提可以采用不同的形状。如圆环、柱式或弯曲梁筹。

2.电阻应变式称重传感器误差来源分析

电阻体积改变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度是误差的两个主要来源。其他的误差为：非线形，滞后，蠕度和不重复性。

在相同的外界条件下，重复测量同一负荷下称重传感器输出的最大差值。不重复度在任何传感器测量系统中都是一个即简单而又十分重要的因素。由于它是随即的因而无法补偿，多仪不能在测量系统中加以校准。因此不重复度是校准过程中的不利因素，也就限制了综合测量准确度的提高。

在称重系统中使用一个以上的传感器时，通常由于传感器之间负荷分配不匀，不可避免地引起称重误差。这成为“四角效应”。如果称重传感器具有相同的特性就可避免这种称重误差。

3.称重传感器的安装

正确的安装称量传感器显然是很重要的。如果传感器安装不正确，哪怕是质量最好的传感器和电子装置，也得不到正确的结果。

没有横向力作用于传感器是极其重要的，尤其对柱式传感器横向力将产生弯曲力矩，使贴在圆柱体表面的应变计感受应变。比应变量比所测量的垂直力产生的应变大得多。

目前一般常用以下三种方法来保护传感器免受横向力的作用：

（1）采用导向承压板，允许传感器在枢轴上转动。