物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中的智能稱重方案介紹_稱重傳感器分析

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用稱重傳感器

聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用稱重傳感器的原因主要有以下幾點(diǎn)：

全面感知與信息采集

基礎(chǔ)感知元件：傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的感覺器官，能夠感知、探測(cè)、采集和獲取目標(biāo)對(duì)象各種形態(tài)的信息。稱重傳感器作為傳感器的一種，專門用于測(cè)量和記錄物體的重量，是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的主要部件之一。

電信號(hào)轉(zhuǎn)換：稱重傳感器通過將物體的重量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體重量的精確測(cè)量和記錄。這種轉(zhuǎn)換能力使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取和處理重量數(shù)據(jù)，為后續(xù)的決策和控制提供基礎(chǔ)。

提升應(yīng)用領(lǐng)域的效率和精度

工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，稱重傳感器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線上，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料重量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的精確控制和優(yōu)化。這有助于提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并保證產(chǎn)品質(zhì)量。

物流管理：在物流領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)稱重系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別和記錄貨物的重量，減少人工操作，提高物流效率。同時(shí)，高精度的稱重?cái)?shù)據(jù)為物流管理和優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化控制

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與處理：物聯(lián)網(wǎng)稱重系統(tǒng)通過內(nèi)置傳感器和算法，能夠智能地識(shí)別、計(jì)算和記錄重量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫嘶蛳嚓P(guān)系統(tǒng)。這有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。

故障檢測(cè)與預(yù)防：稱重傳感器還具備故障檢測(cè)和預(yù)防功能。當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠發(fā)出警報(bào)或故障信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)處理。此外，通過對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測(cè)潛在的故障，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，避免生產(chǎn)中斷或產(chǎn)品質(zhì)量問題。

滿足多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景需求

多功能性和靈活性：稱重傳感器具有多種功能和靈活性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展。例如，可以通過添加溫度補(bǔ)償、抗干擾等功能來提高傳感器的性能和使用范圍。

廣泛應(yīng)用領(lǐng)域：稱重傳感器在工業(yè)自動(dòng)化、物流管理、智能家居、醫(yī)療健康等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。例如，在智能家居中，稱重傳感器可以用于智能冰箱、智能廚房等設(shè)備的重量監(jiān)測(cè)和控制；在醫(yī)療健康領(lǐng)域，則可以用于醫(yī)療護(hù)理床、醫(yī)療設(shè)備等的體重監(jiān)測(cè)和健康管理。

具體應(yīng)用場(chǎng)景

食品加工與制造：在食品加工和制造行業(yè)中，稱重傳感器被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線上的生產(chǎn)控制、稱量和計(jì)量等方面。例如，釀酒、面包、糖果、奶制品、肉制品等生產(chǎn)線都需要用到稱重傳感器，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

醫(yī)療健康：在醫(yī)療領(lǐng)域，稱重傳感器主要用于體重秤、血壓計(jì)等醫(yī)療設(shè)備中，用于測(cè)量患者的體重和血壓，幫助醫(yī)生更好地管理和監(jiān)控患者的健康狀況。

物流運(yùn)輸：稱重傳感器在物流運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用，可以用于貨物的計(jì)量和稱重，如貨運(yùn)車輛、裝卸設(shè)備、倉(cāng)庫等，有助于企業(yè)更好地控制和管理物質(zhì)，提高物流效率。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，稱重傳感器被用于農(nóng)作物的稱量和計(jì)量，如糧倉(cāng)、果園、養(yǎng)殖場(chǎng)等，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)管理和產(chǎn)量的精確計(jì)算。

環(huán)保監(jiān)測(cè)：在環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，稱重傳感器用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)各種物質(zhì)的重量變化，如環(huán)境監(jiān)測(cè)站中的水質(zhì)和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器等，為環(huán)保工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

建筑行業(yè)：在建筑行業(yè)中，稱重傳感器主要用于橋梁、高層建筑等大型結(jié)構(gòu)的重量和載荷檢測(cè)，有助于確保建筑安全和質(zhì)量。

除此之外，稱重傳感器還在化工、冶金、石油化工、機(jī)械制造、造紙、鋼鐵、礦山、水泥、紡織等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。它們?yōu)楦鱾€(gè)行業(yè)和領(lǐng)域提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用稱重傳感器是出于全面感知與信息采集、提升應(yīng)用領(lǐng)域的效率和精度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化控制以及滿足多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景需求等多方面的考慮。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，稱重傳感器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

本文會(huì)再為大家詳解傳感器家族中的一員——稱重傳感器

稱重傳感器的定義

稱重傳感器是一種能夠?qū)⑽矬w所受重力轉(zhuǎn)換為可測(cè)量電信號(hào)的裝置。它廣泛應(yīng)用于各種稱重和測(cè)量系統(tǒng)中，是工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)計(jì)量中不可或缺的關(guān)鍵部件。

稱重傳感器的分類

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，稱重傳感器有多種類型。按工作原理分類，主要包括電阻應(yīng)變式、差動(dòng)變壓式、電容式等。按結(jié)構(gòu)形式分類，有懸臂梁式、橋式、平板梁式、柱式等。此外，根據(jù)傳感器的材料不同，還有合金鋼式和鋁合金式等類型。其中：

波紋管(彎曲梁)稱重傳感器：非常適合低量程容器稱重和過程稱重。

單點(diǎn)式是低量程高精度的稱重傳感器。其外形如四方體形狀，測(cè)量結(jié)果非常的精準(zhǔn)，廣泛運(yùn)用于電子秤，廚房秤，貴重金屬秤等領(lǐng)域，是工業(yè)和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的核心部件。

S型稱重傳感器，因其形狀類似“S”，所以被稱為S型傳感器，主要用于測(cè)量固體的拉力和壓力，通常也被稱為S型拉壓兩用稱重傳感器，即可單只使用，也可以通過配組輸出多只同時(shí)使用。

剪切梁稱重傳感器：適用于中低量程的寧波辰邦稱重傳感器，尤其是罐體稱重和低外形工藝應(yīng)用。

雙剪切梁稱重傳感器：通常用于罐體和料斗稱重秤和卡車秤。

圓板式稱重傳感器：是一種專為中大量程稱重的用戶提供的適用于狹窄場(chǎng)所的傳感器。它可以安裝在兩個(gè)組件之間進(jìn)行壓縮，或通過螺紋孔用于張力。圓板式稱重傳感器即便在軸外加載的情況下也能夠提供非常準(zhǔn)確的結(jié)果。

柱式稱重傳感器：可用于壓力或拉力，特別適用于大量程應(yīng)用，常用于卡車和鐵路秤。設(shè)計(jì)的重型性質(zhì)，除非裝載不當(dāng)，否則可耐彎曲和變形。

本文主要講述電阻應(yīng)變式，懸臂式，微型稱重傳感器。

稱重傳感器的工作原理

稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測(cè)量橋路，利用金屬電阻絲在張力作用下伸長(zhǎng)變細(xì)，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的。金屬電阻具有阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì)，同一種金屬絲，一般來講，越是細(xì)長(zhǎng)，其電阻值就越大。當(dāng)金屬電阻絲受外力作用而伸縮時(shí)，其電阻值就會(huì)在某一范圍內(nèi)增減。因此，將金屬絲（或膜）緊貼在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物體受外力而伸縮時(shí)，金屬電阻絲（膜）也會(huì)按比例伸縮，其阻值也會(huì)相應(yīng)變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在金屬稱重梁上進(jìn)行測(cè)量重量信號(hào)的。

由一個(gè)或多個(gè)能在受力后產(chǎn)生形變的彈性體，和能感應(yīng)這個(gè)形變量的電阻應(yīng)變片組成的電橋電路（如惠斯登電橋），以及能把電阻應(yīng)變片固定粘貼在彈性體上并能傳導(dǎo)應(yīng)變量的粘合劑和保護(hù)電子電路的密封膠等三大部分組成稱重傳感器。

橋式測(cè)量電路 電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件：利用它將被測(cè)的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是電阻應(yīng)變計(jì)：它作為傳感元件將彈性體電阻應(yīng)變式稱重傳感器。當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷P時(shí)，應(yīng)變片就會(huì)發(fā)生形變，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。

惠斯通電橋各個(gè)臂上電阻變化時(shí)，計(jì)算過程如下圖所示：

單個(gè)臂變化時(shí)δV = 1/4(δR/R)

兩個(gè)臂變化時(shí)δV = 1/2(δR/R)

四個(gè)臂變化時(shí)δV = δR/R

多臂變化時(shí)，R1、R3同步增減；R2、R4同步增減

應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)制作的，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體材料某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。應(yīng)變片是由敏感柵等構(gòu)成用于測(cè)量應(yīng)變的元件，使用時(shí)將其牢固地粘貼在構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)上，構(gòu)件受力后由于測(cè)點(diǎn)發(fā)生應(yīng)變，敏感柵也隨之變形而使其電阻發(fā)生變化，再由專用儀器測(cè)得其電阻變化大小，并轉(zhuǎn)換為測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。金屬電阻應(yīng)變片品種繁多，形式多樣，常見的有絲式電阻應(yīng)變片和箔式電阻 應(yīng)變片。箔式電阻應(yīng)變片是一種基于應(yīng)變——電阻效應(yīng)制成的，用金屬箔作為敏感柵的，能把被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件。

懸臂式結(jié)構(gòu)

如下圖所示，電阻應(yīng)變片貼在懸臂的上下兩側(cè)

E型或者G型結(jié)構(gòu)

如下圖所示

臂上貼了兩個(gè)應(yīng)變片，為半橋式結(jié)構(gòu)，如下圖所示

內(nèi)部有兩個(gè)1kΩ的應(yīng)變片，量程為50kg。測(cè)量時(shí)外側(cè)邊施加外力，E字形傳感器的應(yīng)變梁部分和外側(cè)邊形成一個(gè)方向相反的力，中間的應(yīng)變梁發(fā)生彎曲變形。E型傳感器有三種使用方式

1、使用一只傳感器配合外接電阻組成全橋測(cè)量,量程為一個(gè)傳感器的量程：50kg。對(duì)外接電阻要求較高。

2、使用二只傳感器組成全橋測(cè)量,量程為兩只傳感器的量程之和：50kgx2=100kg。

3、使用四只傳感器組成全橋測(cè)量,量程為四只傳感器的量程之和：50kgx4=200k。

HX711檢測(cè)電路

HX711是一款高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，集成了穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器、數(shù)字通信功能。專為電子秤設(shè)計(jì)，提高了整機(jī)的性能和可靠性。內(nèi)部框圖如下：

官方推薦原理圖設(shè)計(jì)如下圖。淘寶上有很多做好的HX711模塊，可以直接買過來做測(cè)試使用。

稱重傳感器的材料：

彈性體的材料：

稱重傳感器彈性體材料，一般選用金屬材質(zhì)，可選用的材質(zhì)大部分為鋁合金材質(zhì)、合金鋼材質(zhì)及不銹鋼材質(zhì)。合金材質(zhì)既有剛度保證形變一致及形變恢復(fù)，又有良好的耐候防腐性能。彈性體的主要要求就是能夠精確傳遞受力信息并保持在相同受力時(shí)的形變一致性和完全復(fù)位性。

應(yīng)變片及電阻元件材料：

電阻應(yīng)變片的組成復(fù)雜，是復(fù)合型制造產(chǎn)品，應(yīng)變片的基材和應(yīng)變銅質(zhì)的組合千變?nèi)f化，根據(jù)其應(yīng)變要求，目前，大約有近千種產(chǎn)品。一般，基材采用高分子薄膜材料，應(yīng)變材質(zhì)為高純度康銅?；纳系目点~通過光學(xué)處理后刻蝕不同感應(yīng)形變的電阻柵絲。因此，電阻應(yīng)變片的品質(zhì)不僅與基材材質(zhì)和復(fù)合的金屬純度有關(guān)，而且與復(fù)合工藝、刻蝕技術(shù)及工藝、刻蝕化學(xué)材料及后處理工藝和材料等等因素相關(guān)。

密封膠的材質(zhì)：

在焊接技術(shù)及設(shè)備不充分的稱重傳感器初期階段，均采用專用硅橡膠密封膠系列。硅橡膠具有長(zhǎng)期化學(xué)穩(wěn)定性，因此，防腐、防潮、耐老化、絕緣等各項(xiàng)性能優(yōu)異，長(zhǎng)期以來一直是所有密封膠的首選產(chǎn)品。

貼片粘合劑的材質(zhì)：

電阻應(yīng)變片貼片用粘合劑主要采用雙組分高分子環(huán)氧系列粘合劑，高分子化學(xué)產(chǎn)品的性能與各個(gè)組分的物理及化學(xué)指標(biāo)密切相關(guān)，如純度、分子鏈的結(jié)構(gòu)和大小、儲(chǔ)存時(shí)間、組分的配比、分子改性、混合方式、混合熟化使用時(shí)間、固化時(shí)間、固化溫度、助劑及百分比等因素。

導(dǎo)線密封材料及方式：

稱重傳感器的每個(gè)組成部分都會(huì)影響傳感器最終的技術(shù)性能，一些測(cè)力傳感器僅僅采用簡(jiǎn)單固定的方式避免傳感器導(dǎo)線的移動(dòng)而損傷傳感器的電子電路固定，一些傳導(dǎo)距離很短的稱重傳感器甚至僅僅依靠膠封固定。但較大體積、重量較大的稱重傳感器，如果沒有適當(dāng)導(dǎo)線固定或密封的方式，就是稱重傳感器最易產(chǎn)生故障的瓶頸。特別是加裝密封頭固定導(dǎo)線時(shí)，緊固件的材質(zhì)及緊固力度也會(huì)給稱重傳感器的最終技術(shù)性能帶來影響。觀察者發(fā)現(xiàn)，很少有使用緊固件安裝使用密封粘合劑的，這樣可以避免依靠緊固力固定帶來的殘余應(yīng)力，也不會(huì)由于緊固力不足而產(chǎn)生泄露的問題。

稱重傳感器的導(dǎo)線材質(zhì)：

導(dǎo)線依然是測(cè)力傳感器組成的一部分，稱重傳感器導(dǎo)線的金屬材質(zhì)，由于家庭電器的電線使用，質(zhì)量差異都有切身體會(huì)。畢竟導(dǎo)線是橋路供電、信號(hào)輸出、長(zhǎng)線激勵(lì)電壓補(bǔ)償?shù)耐?，鍍銀線肯定比銅線傳導(dǎo)效果好，銅線肯定比鋁線傳導(dǎo)效果好，其作用不言而喻。隨著各種高頻、無線電波等越來越多的干擾，稱重傳感器的優(yōu)良屏蔽也是保護(hù)信號(hào)穩(wěn)定的重要方法。另外，環(huán)境侵蝕、蟲鼠侵害、防火阻燃等也需要傳感器保護(hù)層的材料防腐防蟲防火防爆，甚至需要采用鎧甲保護(hù)、套管防護(hù)等方法。

稱重傳感器的選型參數(shù)

主要包括四個(gè)方面：

傳感器的靈敏度；

傳感器的精度；

傳感器的穩(wěn)定性；

傳感器的數(shù)量和量程。

靈敏度

靈敏度越高越好，只有靈敏度高了，在進(jìn)行測(cè)量物體的重量時(shí)才可以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

但是，靈敏度越高外界對(duì)稱重傳感器的影響就越大，外界的噪音會(huì)干擾傳感器的判斷。

精度

稱重傳感器對(duì)于精度的要求非常高，這是稱重系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，稱重傳感器的精度越高，其價(jià)格也就越高。對(duì)于精度的要求只要達(dá)到符合稱重系統(tǒng)的儀表輸出要求水平略高即可，不用選的太高，以避免不必要的花銷。

穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是傳感器長(zhǎng)時(shí)間使用后還能繼續(xù)正常工作，穩(wěn)定性高的傳感器的使用壽命越長(zhǎng)。影響傳感器的穩(wěn)定性因素，除了稱重傳感器的質(zhì)量，還有稱重傳感器的工作環(huán)境，一款好的稱重傳感器環(huán)境對(duì)其影響較小。在選購(gòu)稱重傳感器時(shí)，注意看一下其適用的環(huán)境，根據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行選擇稱重傳感器，選擇正確的稱重傳感器能減少環(huán)境對(duì)稱重傳感器的影響，并有利于延長(zhǎng)稱重傳感器的使用壽命。比如在易燃易爆的環(huán)境中，就需要選用帶有防爆功能的稱重傳感器。

數(shù)量和量程

不同用途的傳感器的數(shù)量和量程不同，具體的數(shù)量和量程的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的物體的重量和類型來定。

一般實(shí)際稱量物體的重量應(yīng)在70%以下，對(duì)稱重傳感器的損耗會(huì)更小，有利于延長(zhǎng)其使用壽命。

供應(yīng)商A：西安蓋文電子科技有限公司|格魯斯

https://www.gavincc.cn/

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊(cè)

（2）主推型號(hào)1：GML670 微型稱重傳感器

對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

此款產(chǎn)品為全橋微型稱重傳感器。膠密封處理，厚度薄，精度高。主要應(yīng)用于廚房秤，郵政秤或其他微型電子稱重設(shè)備。

參數(shù)

尺寸

(mm) : 34×34×1.5/2.0/2.5

硬件參考設(shè)計(jì)

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