一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器的制作方法

1.本实用新型涉及秤重传感器技术领域，具体为一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器。


背景技术：

2.称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。主要有s型、悬臂型、轮辐式、板环式、膜盒式、桥式、柱筒式等几种样式。
3.目前国内外数字秤重传感器温补，基本上都是利用传感器本身增加硬件温补去完成，有些是利用pcb板上的热敏电阻或者是芯片内部温度模块达到温度补偿目的。利用传感器本身增加硬件达到温度补偿：1.需额外增加温度补偿片成本比较高。2.经过硬件温补后温度特性并非为线性变化。3.温度补偿精度不高。利用芯片内部温度模块达到温度补偿：1.无法直接测感知到弹性体与电阻应变片时实温度正确温度。2.无法直接针传感器测温到成补偿效果不佳。3.温度补偿精度不高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器，具备以最直接、最真实和最低的硬件成本作为电阻应变式数字秤重传感器温度补偿，让电阻应变式数字秤重传感器温度补偿效果做到极致，精准量测使用温度范围扩大，温补后的温度性能特系一致性好的优点，解决了利用传感器本身增加硬件达到温度补偿：1.需额外增加温度补偿片成本比较高。2.经过硬件温补后温度特性并非为线性变化。3.温度补偿精度不高。利用芯片内部温度模块达到温度补偿：1.无法直接测感知到弹性体与电阻应变片时实温度正确温度。2.无法直接针传感器测温到成补偿效果不佳。3.温度补偿精度不高的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器，包括传感器外壳、第一电阻应变片和第二电阻应变片，所述传感器外壳顶端一侧嵌入安装有第一电阻应变片，所述传感器外壳顶端另一侧嵌入安装有第二电阻应变片。
6.优选的，所述传感器外壳上开设有与第一电阻应变片和第二电阻应变片相匹配的嵌入槽，第一电阻应变片和第二电阻应变片安装在嵌入槽内，传感器外壳上的嵌入槽内安装有铝金属材质加工成的可回复式弹性体结构，第一电阻应变片和第二电阻应变片分别与可回复式弹性体结构接触组成电阻桥式电路。
7.优选的，所述第一电阻应变片和第二电阻应变片以传感器外壳顶端的中轴线对称分布。
8.优选的，所述传感器外壳内置专用芯片，专用芯片与传感器外壳内置的电路板电连接。
9.优选的，所述传感器外壳正面一侧嵌入安装有传感器pcba，传感器pcba与传感器外壳内置的电路板电连接。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：利用紧贴于传感器外壳内的弹性体的第一电阻应变片和第二电阻应变片，可以很直接的测试传感器温度，因为直接就取得第一电阻应变片和第二电阻应变片与弹性体的直接温度可以同步的做进一步的温度补偿，因为同步做温度补偿不会存在过补偿或欠补偿的现象。
11.利用传感器外壳内弹性体所需的第一电阻应变片和第二电阻应变片做测温可降低生产成本与材料成本。
12.利用第一电阻应变片和第二电阻应变片组桥后并无额外增加其他温度补偿片下，温度特性接近线性的特性可以有效的利用软件做温度补偿。
13.利用组桥后温度误差特性接近于直线，经由软件可以轻易的补偿温度。
14.利用软件除了可以做温度补偿包含传感器的线性度都可以很好的优化。
附图说明
15.图1为本实用新型的主视结构示意图；
16.图2为本实用新型的温度误差及其补偿等效电路；
17.图3为本实用新型的温度误差与20度比例关系图；
18.图4为本实用新型的传感器专用芯片模块图；
19.图5为本实用新型的传感器方块图。
20.图中：1、传感器外壳；2、传感器pcba；3、第一电阻应变片；4、第二电阻应变片。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.实施例1
25.请参阅图1至图5，本实用新型提供的一种实施例：一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器，包括传感器外壳1、第一电阻应变片3和第二电阻应变片4，传感器外壳1顶端一侧嵌入安装有第一电阻应变片3，传感器外壳1 顶端另一侧嵌入安装有第二电阻应变片4，第一电阻应变片3和第二电阻应变片 4以传感器外壳1顶端的中轴线对称分布。传感器外壳1上开设有与第一电阻应变片3和第二电阻应变片4相匹配的嵌入槽，第一电阻应变片3和第二电阻应变片4安装在嵌入槽内，传感器外壳1上的嵌入槽内安装有铝金属材质加工成的可回复式弹性体结构，第一电阻应变片3和第二电阻应变片4分别与可回复式弹性体结构接触组成电阻桥式电路。传感器外壳1内置专用芯片，专用芯片与传感器外壳1内置的电路板电连接。传感器外壳1正面一侧嵌入安装有传感器pcba2，传感器pcba2与传感器外壳1内置的电路板电连接。
26.当传感器外壳1受力时，利用传感器外壳1上的弹性体变形后，让贴在弹性体上的第一电阻应变片3和第二电阻应变片4产生电阻值变化，使其电阻桥式电路不平衡进而产生信号量变化。
27.利用电阻桥式信号变化透过一个差分输入模数转换adc芯片模块取得数字信号反馈，及弹性体秤重输出信号a。
28.如利用恒电压给计算出传感器外壳1内部电路进行供电，去量测流经传感器外壳1内部电路的电流，依照电流变化计算出传感器外壳1内部电路输入阻抗变化，另外一种利用恒电流给计算出传感器外壳1内部电路供电，去量计算出传感器外壳1内部电路的端电压，依照端电压变化计算出计算出传感器外壳1 内部电路输入阻抗变化；在利用数转换adc芯片模块取得数字信号反馈，及弹性体温度输出信号b。
29.得取数字信号a跟b经过滤波算法得到一个较稳定的数值。
30.在不同温度温点下分别得出a跟b值，利用不同温度下的关系推导出温度补偿曲线进而做到温补目的。
31.将差分输入模数转换adc、mcu、rs232、pwm、dac整合成一颗芯片；进而可大大降低成本与缩小模块尺寸，并植入到传感器外壳1内部电路里面。
32.实施例2
33.本实用新型提供的一种实施例：一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器，电阻应变式秤重传感器原理：
34.第一电阻应变片3和第二电阻应变片4可以把应变的变化转换为电阻的变化，为显示与记录应变的大小，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，采用电桥电路实现这种转换。根据电源的不同，电桥分为直流电桥和交流电桥。
35.以下针对直流电桥述说：
36.直流电桥表示桥压由直流供电。
37.由分压器原理，负载电流为
38.当il＝0时，电桥平衡，此时的输出电压uo＝0，电桥平衡的条件为 r1/r2＝r3/r4，
39.设r1为工作应变片，应变将使其阻值变化δr1，r2，r3，r4为固定电阻，并设rl＝
∞，则有
40.设桥臂比n＝r2/r1，因应变片的电阻变化量一般比其初始阻值小得多，故可略去分母中的δr1/r1，可得
41.电桥灵敏度定义为
42.因此此电桥的电压灵敏度为
43.它与电桥电源电压成正比，同时与桥臂比n有关。易知，当n＝1，即r1＝r2 时，ku取最大值。此时有ku＝u/4；
44.直流电桥的优点是高稳定度的直流电源易于获得，电桥调节平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线的分布参数影响小等。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。因此应变电桥现在多采用交流电桥。
45.实施例3
46.请参阅图2和图3，本实用新型提供的一种实施例：一种基于阻抗量的新型电阻应变式数字秤重传感器，压阻式传感器温度误差及其补偿：
47.当第一电阻应变片3和第二电阻应变片4应变的变化转换为电阻的变化r 而产生vw的电压变化，在相同的重力不同的温度下会产生vw的变化误差。举例来说当60℃时满载出电压为vw60，当20℃时满载出电压vw60，当
‑
30℃时满载出电压vw
‑
30。
48.当温度变化时由电阻应变计r组成的电桥电路，会随着温度变化而变化而产生与rs电阻的分压变化此时，vlc会在不同的温度下会产生vlc的变化。举例来说当60℃时满载出电压为vlc60，当20℃时满载出电压vlc60，当
‑
30℃时满载出电压vlc
‑
30。
49.举例来说当20℃单做一个参考基准点，得到一个温度补偿方程式。
50.当得到了温度补偿等效方程式时，可利用20℃的adc值当作基准算出x将 x带入公式得到了y，将y值与vw相乘就可以得到温补偿后的有效值。
[0051][0052]
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。