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重量检测

/weight detection/
条目作者王文瑞

王文瑞

最后更新 2022-12-23
浏览 153
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对物体的重量进行检测的技术。

英文名称
weight detection
所属学科
控制科学与工程

重量是对物体受重力大小的度量,重量和质量不同,重量单位是牛顿,质量的单位是千克。它是一种物体的基本属性。在地球引力下质量为1千克的物体的重量为9.8牛顿。

重量的本质是物体受到地球引力与惯性离心力综合作用的结果,力是物体之间的相互作用,因此可以直接测量。但是,当力作用在某一物体上,会使物体的形状或运动状态发生改变。当物体的运动状态发生改变时,物体产生加速度,这是力的“动力效应”;当物体发生形状的改变时,称为力的“静力效应”。可以利用这些变化来实现对重量的检测。重量常用的检测方法包括力平衡测量法、测位移法和利用某些物理效应测重力等。

通过仪表使液柱的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理来测量重力的大小的方法。力平衡测量法通过比较测量重力,即用一个已知力来平衡待测的未知重力,从而得出待测重量的值。平衡力可以是已知质量的重力、电磁力或气动力等。

(1)机械杠杆式测力系统。使用天平,可以通过增减砝码来使指针归零,将被测重力与标准质量(砝码)的重力进行平衡,直接比较得出被测重力的大小。这种测力系统结构简单,常用于材料试验机的测力系统中。这种方法的优点是简单易行,可获得很高的测量精度。

(2)磁电式力平衡测力系统。在无外力作用时,系统处于初始平衡位置,光线全部被遮住,光敏元件无电流输出,力矩线圈不产生力矩。当被测重力作用在杠杆上时,杠杆发生偏转,光线通过窗口打开的相应缝隙,照射到光敏元件上。光敏元件输出与光照成比例的电信号,经过放大后加到力矩线圈上与磁场相互作用产生电磁力矩,用来平衡被测重力与标准重力力矩之差,使杠杆重新处于平衡。此时杠杆转角与被测重力成正比,而放大器输出电信号在采样电阻上的电压与被测重力成正比,从而测出重力。

与机械杠杆式测力系统相比,磁电式力平衡测力系统使用方便,受环境影响小,体积小,响应快,输出的电信号易于记录且便于远距离测量和控制。

通过测量未知力所引起的位移,从而间接地测得未知力值。

在电容传感器与弹性元件组成的测力装置中,扁环型弹性元件内腔上下平面上分别固连电容传感器的两个极板。在重力作用下,弹性元件受力变形,使极板间距改变,导致传感器电容量发生变化。用测量电路将此电容量变化转换成电信号,即可得到被测力值。

物体在力作用下会产生某些物理效应,如应变效应、压磁效应、压电效应等,可以利用这些效应间接测量重力值。

重量传感器通常将力转换为正比于作用力大小的电信号,使用十分方便,因而在工程领域及其他各种场合广泛应用。重量传感器种类繁多,依据不同的物理效应和检测原理可分为电阻应变式重量传感器、压磁式重量传感器等。

(1)电阻应变式重量传感器。由弹性敏感原件和贴在原件上的应变片组成。电阻应变式重量传感器首先把被测重量转变成弹性元件的应变,再利用电阻应变效应测出应变,从而间接地测出重量。常用的弹性元件有柱形、筒形、梁形,应变片的布置和接桥方式对于提高传感器的输出灵敏度和消除有害因素的有重要影响。

(2)压磁式重量传感器。当铁磁材料在受到重力拉、压作用而在内部产生应力时,其磁导率会随应力的大小和方向发生变化。这种物理现象就是铁磁材料的压磁效应,这种效应可以用于重量的测量。压磁式重量传感器的输出电动势比较大,通常不必再放大,只要经过滤波整流后就可以直接输出,但要有一个稳定的励磁电源。

压磁式重量传感器可测量很大的力,抗过载能力强,能在恶劣条件下工作,但频率响应不高(1~10kHz),测量精度一般在1%左右。精度更高的新型结构的压磁式力传感器常用于冶金、矿山等工业部门。

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