称重传感器的信号链路：机械载荷 → 弹性体形变 → 应变片电阻变化 → 惠斯顿电桥输出mV信号 → 仪表放大采样 → 重量显示。标准灵敏度2mV/V意味着：10V激励下满量程输出仅20mV，属于微小信号，对干扰极其敏感。
- 弹性体：精密机加工金属件，弹性变形量仅数微米（弹性极限内）
- 应变片：金属电阻丝印刷成网格，粘贴在弹性体最大应变点
- 惠斯顿电桥：4个应变片组成全桥，消除温度零漂，提升灵敏度
- 灵敏度1-3mV/V：每伏激励电压产生1-3mV满量程输出
- 配套仪表：24位ADC，0.1μV分辨率，可分辨1/300000量程变化
一、称重传感器信号链路全景
从施加载荷到得出重量数字，信号经过以下链路的完整转换：
↓ 弹性体：力→微小形变（μm级）
↓ 应变片：形变→电阻变化（mΩ级）
↓ 惠斯顿电桥：电阻变化→mV差分电压
↓ 屏蔽电缆：传输至仪表（可达200m）
↓ 仪表差分放大器：mV → V信号
↓ 24位ADC：模拟→数字量
↓ 微处理器：计算→重量显示
每个环节都有对应的误差源，理解这个链路有助于准确定位精度问题的根因。
二、弹性体：力到形变的转换
弹性体是传感器的"力学骨架"，通常由高强度铝合金（量程≤500kg）或合金钢/不锈钢（量程>500kg）精密机加工制成。
弹性体的技术要求
- 弹性极限内工作：形变量必须在材料弹性极限以内（金属弹性体通常设计在屈服强度的30-50%），保证卸载后完全恢复——超过弹性极限后弹性体产生永久变形，传感器报废
- 形变量微小：典型工业传感器在满量程下弹性体形变仅0.1~0.5mm，对应应变片感受到的应变为500~3000με（微应变）
- 加工精度高：弹性体上粘贴应变片的区域表面粗糙度Ra<0.2μm，确保应变片粘贴可靠
三、应变片：形变到电阻变化的转换
应变片（Strain Gauge）是将金属电阻丝光刻成网格状图案的薄膜元件，粘贴在弹性体的最大应变区域。
工作原理
金属导体拉伸时截面积减小、长度增加，电阻增大（R = ρL/A）；压缩时相反。应变片的灵敏度系数（K值）描述电阻变化率与应变的关系：
K≈2（金属应变片），ε=应变量（μm/m）
以500με应变为例：ΔR/R = 2 × 500×10⁻⁶ = 0.1%。对于350Ω应变片：ΔR = 0.35Ω。这个0.35Ω的变化需要通过惠斯顿电桥精确测量。
四、惠斯顿电桥：电阻变化到mV输出
惠斯顿电桥由4个应变片组成，分为对角线施加激励电压，从另一对角线检测输出：
| 电桥形式 | 应变片数量 | 灵敏度 | 温度补偿 | 工业使用 |
|---|---|---|---|---|
| 半桥 | 2（1受力+1补偿） | 中 | 部分 | 偶尔（成本） |
| 全桥 | 4（2受力+2补偿） | 最高（4倍单片） | 完全 | 工业标准 |
全桥工作原理
- R1、R3：粘贴在弹性体受拉应变区，受力后阻值增大
- R2、R4：粘贴在弹性体受压应变区，受力后阻值减小
- 输出电压：Vout = Vex × (R1/(R1+R2) - R4/(R3+R4))，约等于 Vex × K × ε
- 温度补偿：R1和R2同等温度下变化相同，差分消除温漂
五、信号传输与仪表处理
屏蔽电缆的重要性
传感器输出信号在mV级（满量程10~20mV），极易受电磁干扰影响。工业环境中变频器、大型电机等干扰源产生的信号可轻易达到毫伏级，与传感器信号量级相当。
- 必须使用双绞屏蔽电缆（STP），屏蔽层在仪表端单点接地
- 信号电缆与动力电缆保持>30cm间距，交叉时垂直相交
- 长距离布线（>50m）推荐使用信号隔离器或4~20mA传输
仪表处理链路
| 处理环节 | 作用 | SH仪表规格 |
|---|---|---|
| 差分放大器 | mV信号放大至V级，抑制共模干扰 | CMRR >120dB |
| 低通滤波 | 去除高频干扰，保留称重信号 | 截止频率可调0.5~10Hz |
| ADC转换 | 模拟转数字，决定分辨率 | 24位Σ-Δ ADC |
| 数字滤波 | 滑动平均进一步平稳示值 | 窗口长度0.5~5s可调 |
| 线性化校正 | 补偿传感器非线性误差 | 多点（最多20点）分段线性化 |
常见问题
称重传感器的mV/V灵敏度是什么意思？
mV/V是传感器灵敏度的单位，表示每伏激励电压下，满量程载荷时的输出电压（毫伏）。标准工业传感器灵敏度通常为2mV/V（部分高精度型为3mV/V）。计算举例：10V激励，2mV/V灵敏度，1000kg量程传感器：满量程输出 = 10×2 = 20mV；500kg物料时输出 = 10mV。这个10mV信号需要经过仪表的差分放大（通常放大1000倍→10V），再通过ADC转换为数字量。灵敏度越高，信号越大，抗干扰能力越强，但通常意味着弹性体形变更大（影响自然频率）。
为什么称重传感器要用4个应变片组成桥路？用1个不行吗？
用单个应变片也能测力，但有两个严重缺陷：①无温度补偿：温度变化导致弹性体热膨胀，应变片阻值也因温度变化，无法区分是力引起的变化还是温度引起的变化；②灵敏度低：单臂电桥灵敏度仅为全桥的1/4。四应变片组成惠斯顿全桥的优势：①相邻桥臂的热膨胀相互抵消（共模抑制），温度补偿效果好；②受力应变片（拉伸）与补偿应变片（压缩）差分输出，灵敏度是单片的4倍；③激励变化（电源波动）被共模抑制，不影响输出比率。
称重传感器激励电压用5V还是10V？各有什么影响？
两种激励电压都可以，根据仪表规格和使用场合选择：5V激励：功耗低（约35mW/传感器），适合电池供电或多传感器并联场合，缺点是输出信号较小（约10mV满量程），信噪比略低；10V激励：输出信号翻倍（约20mV满量程），信噪比更好，传感器精度能更充分发挥，适合固定电源供电的高精度应用；注意：激励电压必须严格稳定（建议精度±0.1%），电压波动直接导致输出信号比例变化，影响计量精度。SH-S600/S1200仪表采用精密恒压激励（±0.05%稳定度）。
传感器信号线为什么要用6线制（带补偿线）？
4线制传感器只有激励正负（EX+/EX-）和信号正负（S+/S-）4根线。问题：激励电缆有电阻，长距离布线时压降导致传感器实际激励电压低于仪表输出电压，且随温度变化，导致灵敏度误差。6线制的解决方案：增加2根感应线（SEN+/SEN-），直接测量传感器处的实际激励电压，仪表通过反馈调整激励输出，使传感器处始终保持精确的激励电压。效果：长达200m的电缆，6线制可将由电缆电阻引起的误差从±0.5%降低到±0.01%以内。
多个称重传感器并联时如何保证精度？
多传感器并联（如料仓秤4角各装一个）需要注意：①规格一致：并联传感器必须是相同型号、量程、灵敏度（偏差调零电阻：在接线盒中用调零电位器或精密电阻对每个传感器灵敏度进行匹配（通常需要±0.1%精度的微调电阻）；③偏载验证：安装后做四角误差测试（分别在4个角加载相同重量，比较示值差异），偏差应并联台秤：多传感器并联时输入阻抗应相同（可用并联电阻匹配）。多秤点系统提供专用接线盒和调零指导。