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摘要：汽车衡也被称为地磅，是厂矿、商家等用于大宗物料计量的主要称重设备，属于国家强制检定的计量器具。随着高精度称重传感器技术的日趋成熟，汽车衡逐渐向精度高、稳定性好、操作方便方向发展。汽车衡分类众多，根据不同的使用需求采购一台适合物料计量的汽车衡显得尤为重要。本文中主要对汽车衡称重系统中的传感器技术及选用方法进行讨论分析。
关键词：汽车衡；传感器；选型
一、传感器工作原理与分析
电阻式应变片传感器工作原理就是电阻应变效应。该效应是金属导体（压力传感器使用材质）所独具的特性。金属导体的电阻随着机械变形的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。
下面具体介绍电阻应变效应：根据物理学知识知道，金属导体的电阻与其长度和横截面积有关
R= ρl/S
ρ为电阻系数，不同的金属其值不同。
L 为电阻丝的长度。
S 为电阻丝的横截面积。
当金属导体两端受力F作用时，长度l变化（伸长或缩短）dl，相应的s变化（变小或变大）ds，ρ变化dρ（较小），从而引起电R变化 d R。将（1）式取对数并作微分运算，得：
d（ln R）=d[ln（ρl/s）]=d（lnρ+lnl-lns）
又s=πr²，r为导体截面半径。所以：ds=d（πr2）==>ds/s=dπ/π +2dr/r==>ds/s=2dr/r
由材料力学知：
dr/r=-μdl/l=-με
μ为泊松比ε =dl/l ε即为电阻丝的轴向的相对变化，即应变。
将（3）（4）两式代入（2）中，得：
其中K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。由上式可以明显看出影响金属材料的灵敏系数的因素有两个：一个是受力后材料的几何尺寸所引起的，即1（1+2μ）项，另一个是受理后材料的电阻率所引起的，即 项，但是对于金属材料来说后者带来的影响远远小于前者。由此已知在机械力作用下的金属丝的电阻相对变化值与受力后金属丝的几何尺寸的变化关系近似为线性。
这就是电阻应变效应机理。但这种线性关系也是在一定范围内才能保持。（通过查阅资料，其具体范围K0一般在1.7到4.6之间）
电阻应变片是传感器的核心元件是电阻应变片，它的主要作用是将试件上的应变变化转化为电阻变化。电阻应变片品种繁多、形式多样，但基本结构大同小异。常用的应变片可分为两类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。电阻应变片是一种电阻式的敏感元件，它一般由基底、敏感栅、覆盖层和引线四部分组成。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。敏感栅是应变片的核心部分，粘贴在绝缘的基片上，其上粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。基片受力后发生形变，引起敏感栅变形，因而敏感栅的电阻发生变化。测得应变片电阻值变化量后，即可得到外力的大小。国内外多以康铜丝作为金属电阻应变片材料。电阻应变片的电阻值为 60Ω、120Ω、200Ω 等多种规格，以 120Ω 最为常用。
结论：经过应变式电阻传感器可以把称重物体的机械压力产生信号的变化转换为电阻的变化，实现从非电量到电量的转化。
二、传感器检测系统结构
一个完整的汽车衡称重系统中，除了上述介绍的电阻应变式传感器，还包括与之对应的检测电路，承担着将电阻信号放大、将模拟信号转换为数字信号、根据用户需求将信号传输到显示屏幕以及打印等多个功能，它的结构如下图：
当称重物或载重汽车置于承载器台面上，应变片发生弹性形变，应变计桥路失去平衡，输出的电量信号大小与称重重量成正比，经过线性放大器对信号放大，再经A/D转换为数字信号，由检测系统中的微处理器（CPU）对信号进行处理并直接显示在数字屏幕上。此外，对于根据需要可以将信号接入PLC、触摸屏、打印机等设备。
关于A/D转换接口技术，在本文中使用的是8位A/D转换芯片ADC0808。该芯片是最常见的A/D转换器件，且因为本次设计的是汽车衡对精度要求不太高，所以不适用10位或12位。
ADC0808芯片共28条引脚，部分引脚功能：
1~5和26~28：8路模拟量输入端。8、14、15、17~25：8位数字量输出端。22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
6（START）：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
7（EOC）：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
三、汽车衡传感器的选择与分析
作为检测系统中的第一个环节，汽车衡称重系统中的传感器的选择是非常重要的，它是以一定的精度把被测量转换成与之有确定关系的、便于应用的某种量值的测量装置，即感受到被测信息，并将这种由称重物体重量所产生的压力信号（也就是压力非电量）与电阻信号（电量）的转换。
通过对不同传感器的分析和比较，最终选择了电阻应变式传感器。作为测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常见的传感元件就是电阻应变片。其具有的精度高、测量范围广、结构简单、体积小、质量轻等特点。
四、结论
汽车衡传感器的选型主要依据使用需求进行，从称量方式、传感器类型、防爆要求及轴载要求等方面进行。一台满足使用要求的汽车衡才能顺利完成需求方物料计量的根本目的。随着称重技术数字化的不断发展，数字式称重传感器的精度越来越高，在日常使用中有了更广泛的选择余地。本文旨在提供一些汽车衡传感器选型的一般方法，希望能够为汽车衡使用人员带来一些参考。
参考文献：
[1]马海平，李晓林. 新型动态汽车衡称重系统的设计与实现[J]. 中国测试技术，2007，01：18-19+73.
[2]林海军. 汽车衡多传感器相关性与智能容错方法研究[D].湖南大学，2009.
[3]于晓龙. 汽车衡与轨道衡自动称重网络化控制系统研究与实现[D].大连交通大学，2010.
论文作者:金小刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
标签：电阻论文; 应变论文; 传感器论文; 称重论文; 汽车衡论文; 信号论文; 金属丝论文; 《基层建设》2019年第24期论文;