CN217211068U - 一种采用星型电桥的称重测力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器电路技术领域，提供一种采用星型电桥的称重测力传感器，包括：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路；第一电路、第二电路、第三电路和第四电路均设置有测量件，所述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的一端均接地；第一电路不接地的另一端连接第一信号的一端，第四电路不接地的另一端连接第一信号的另一端，第一信号的两端具有电势差；第二电路不接地的另一端连接第二信号的一端，第三电路不接地的另一端连接第二信号的另一端，第二信号的两端的具有电势差。本实用新型减小了应变片测量电桥的漂移问题，提高了输入端的EMC抗扰度，因而保证了传感器的精度和稳定性。

Description

一种采用星型电桥的称重测力传感器

技术领域

本实用新型属于传感器电路技术领域，具体涉及一种采用星型电桥的称重测力传感器。

背景技术

电阻应变式传感器是以电阻应变计和弹性元件为转换元件，通过惠斯顿电桥将力值大小转变为电压信号的电阻式传感器。这类传感器由于具有精度高，测量范围广，寿命长，结构简单等优点被广泛应用于称重测力传感器领域。但是，这类传感器的稳定性和可靠性往往受到传感器结构、弹性元件材料、应变计特性、制作工艺、环境温度以及电路电桥的影响。

现今的称重测力传感器中采用的惠斯顿电桥会带来如下一些问题：在称重测力传感器采用惠斯顿电桥的传统电路设计中时，无论是恒压激励还是恒流激励，如图1所示，若应变计G1和应变计G3均处于第一电场强度的环境下，应变计G2和应变计G4均处于第二电场强度的环境下，第一电场强度和第二电场强度不同；则相对的应变计G1和应变计G3，以及相对的应变计G2和应变计G4在较高电压下，各个应变计所对应的电阻所测试的测试阻值相较于实际阻值会偏差更大，从而导致整个称重测力传感器的测量精度和测量稳定性变差。

现有的技术主要通过优化传感器结构，元器件材料以及传感器的生产制作工艺，并进行温度补偿来提高传感器的稳定性和可靠性。但是，随着称重测力设备使用场合的拓展和测量精度要求越来越高，对传感器稳定性和可靠性的要求也相应的提高。在一些应用场合，称重设备很可能由于传感器的稳定性和可靠性等问题导致不能高效使用。

有鉴于此，本领域技术人员研制了一种采用星型电桥、内部应变计具有等电场强度分布的称重测力传感器，以期克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的称重测力传感器直接采用惠斯顿电桥面对分布不均的电场环境时，整体测量精度下降的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种采用星型电桥的称重测力传感器。

一种采用星型电桥的称重测力传感器，包括：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路；第一电路、第二电路、第三电路和第四电路均设置有测量件，所述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的一端均接地；

第一电路不接地的另一端连接第一信号的一端，第四电路不接地的另一端连接第一信号的另一端，第一信号的两端具有电势差；第二电路不接地的另一端连接第二信号的一端，第三电路不接地的另一端连接第二信号的另一端，第二信号的两端具有电势差。

进一步，第一电路的接地端、第二电路的接地端、第三电路的接地端和第四电路的接地端连接同一个接地端口。

进一步，第一电路的接地端和第四电路的接地端连接同一个第一接地端口，第二电路的接地端和第三电路的接地端连接同一个第二接地端口，第一接地端口和第二接地端口均通过导线接地，第一接地端口与第二接地端口为不同端口。

进一步，所述传感器还包括弹性元件，所述第一电路中的测量件和第四电路中的测量件位于所述弹性元件的压应变区，所述第二电路中的测量件和第三电路中的测量件位于所述弹性元件的拉应变区。

进一步，所述传感器还包括具有弹性的基台，所述基台的一侧设有测量腔，基台的另一侧设有PCB板；所述基台顶部靠近测量腔的一侧设有承重部，基台顶部靠近PCB板的一侧设有固定部；所述测量件为应变片，所述应变片分布于所述测量腔中。

进一步，所述应变片在测量腔中呈周向均匀对称分布。

进一步，所述第一信号和第二信号为恒流激励。

进一步，所述测量件包括应变片和/或电阻，每个测量件包括至少一个应变片或电阻，至少一个测量件包括应变片。

进一步，所述第一信号和第二信号并联输入和输出。

进一步，所述称重测力传感器通过应变片阻值、预设的应变系数和预设的比例系数计算出重力输出值；所述应变系数为应变片阻值与应变程度之间的比例，所述比例系数为应变程度与重力输出值之间的比例，所述比例系数和应变系数均为预设值。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用星型电路，实现第一信号和第二信号的双路输出，在一路电路受到影响时，另一路电路可以正常工作，保证整体的星型电桥的承重测力传感器工作的稳定性。同时，在进行工作时，将星型电路中第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的公共端直接或间接地接地，电路优先采用恒流激励替代原先的恒压激励，解决了在传统设计中应变片在不同电场强度下，高电压下的应变片的测量阻值相较于实际阻值偏差更大，导致的称重测传感器不稳定的问题，减小了应变片测量电桥的漂移问题，提高了输入端的EMC抗扰度，从而保证了传感器的精度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

图1是背景技术中提及的称重测力传感器的电路结构图；

图2是本采用星型电桥的称重测力传感器的一种电路连接示意图；

图3是本采用星型电桥的称重测力传感器的一种电路连接示意图；

图4是本采用星型电桥的称重测力传感器的结构图；

图5是图3电路示意图的测量件与弹性元件之间的电场强度分布示意图；

图6是本采用星型电桥的称重测力传感器的一种电路连接示意图；

图7是图6电路示意图的测量件与弹性元件之间的电场强度分布示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本实用新型的提供一种采用星型电桥的称重测力传感器，如图2和图3所示，包括：第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14。第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14均设置有测量件，测量件分为位于第一电路11中的第一测量件G1，位于第二电路12中的第二测量件G2，位于第三电路13中的第三测量件G3，以及位于第四电路中的第四测量件G4。

第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14的一端均接地。第一电路11不接地的另一端连接第一信号SIG_1的一端，第四电路14不接地的另一端连接第一信号SIG_1的另一端，第一信号SIG_1的两端分别为+SIG_1和-SIG_1，第一信号SIG_1的两端之间具有电势差；第二电路12不接地的另一端连接第二信号SIG_2的一端，第三电路13不接地的另一端连接第二信号SIG_2的另一端，第二信号SIG_2的两端分别为+SIG_2和-SIG_2，第二信号SIG_2的两端之间具有电势差。

在一个示例中，所述第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14的一端均接地，具体为：如图2所示，第一电路11的接地端和第四电路14的接地端连接同一个第一接地端口，第二电路12的接地端和第三电路13的接地端连接同一个第二接地端口，第一接地端口和第二接地端口均通过导线接地，第一接地端口与第二接地端口为不同端口。

在一个示例中，所述第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14的一端均接地，具体为：如图3所示，第一电路11的接地端、第二电路12的接地端、第三电路13的接地端和第四电路14的接地端连接同一个接地端口(即公共端)，由该接地端口接地。

在实际应用时，本采用星型电桥的称重测力传感器还包括弹性元件，所述第一电路中的测量件和第四电路中的测量件位于所述弹性元件的压应变区，所述第二电路中的测量件和第三电路中的测量件位于所述弹性元件的拉应变区。

在一些示例中，所述测量件包括应变片和/或电阻，每个测量件包括至少一个应变片或电阻，至少一个测量件包括应变片。也就是说，在承重力传感器中是不允许所有的测量件均为电阻，或所有的测量件全部由多个电阻构成的。

具体的，测量件可以是由一个电阻构成，也可以是由多个电阻构成，亦或是由一个应变片构成，或者多个应变片构成，再或者是由应变片和电阻构成的；并且，第一测量件G1、第二测量件G2、第三测量件G3或第四测量件G4中至少有一个测量件包括了应变片。

具体的，如图3所示，第一电路11的接地端、第二电路12的接地端、第三电路13的接地端和第四电路14的接地端连接同一个接地端口，第一测量件G1和第二测量件G2设置在所述弹性元件的压应变区，第三测量件G3和第四测量件G4设置在所述弹性元件的拉应变区。弹性元件中第一信号和第二信号的局部表面如图5所示，第一信号SIG_1的负极-SIG_1连接第一测量件G1的左端，第一测量件G1的右端接地GND，第二测量件G2的左端接地GND，第二测量件的右端连接第二信号SIG_2的正极+SIG_2随后接地GND，其中第一测量件G1和第二测量件G2均通过粘接胶与所述弹性元件的表面连接。

对应的第一测量件G1、第二测量件G2、第三测量件G3和第四测量件G4均采用单个应变片时，每个应变片对应的电场分布如图5所示，不同应变片之间的电场分布相互对应。可知在本电路中，当应变片阻值都相同时，每个应变片与弹性元件之间的电场强度分布规律都是一样的。因此，不存在采用传统惠斯顿电桥中各应变片电场强度不同的情况，采用星型电桥的称重测力传感器减小了应变片测量电桥的漂移问题。

在一些示例中，如图6和图7所示，所述第一信号和第二信号并联输入和输出。那么对应的，第一信号与第二信号能够合并为一个信号。第一电路11的非接地端和第二电路12的非接地端公用一个收发端口，该端口连接信号SIG的负极；第三电路13的非接地端和第四电路14的非接地端公用另一个收发端口，该端口连接信号SIG的正极。

具体为，如图6所示，第一电路11的接地端和第四电路14的接地端连接同一个第一接地端口，第二电路12的接地端和第三电路13的接地端连接同一个第二接地端口，第一接地端口和第二接地端口均通过导线接地，第一接地端口与第二接地端口为不同端口。第一电路11不接地的另一端连接第三信号-SIG端，第四电路14不接地的另一端连接第三信号+SIG端，第二电路12不接地的另一端连接第三信号-SIG端，第三电路13不接地的另一端连接第三信号+SIG端；第三信号的-SIG端与+SIG端之间具有电势差。

在实际应用时，第一测量件G1包括第一应变片，第二测量件G2包括第二应变片，第三测量件G3包括第三应变片，第四测量件G4包括第四应变片。第一应变片和第二应变片分别贴在所述弹性元件的压应变区，第三应变片R3和第四应变片R4分别贴在所述弹性元件的拉应变区。信号-/+SIG两端施加恒流激励，-/+SIG为传感器信号输出端，输出差分电压信号。

如图7所示，对应的第一测量件G1、第二测量件G2、第三测量件G3和第四测量件G4均采用单个应变片时，每个应变片对应的电场分布如图5所示，不同应变片之间的电场分布相互对应。

如图4所示，所述称重测力传感器还包括具有弹性的基台1，所述基台1的左侧设有测量腔2，基台1的右侧设有PCB板3；所述基台1顶部靠近测量腔2的一侧设有承重部4，基台1顶部靠近PCB板3的一侧设有固定部5；所述测量件分布于所述测量腔中。

具体地说，基台1为弹性元件，弹性元件可以呈矩形或三角型，或圆型，菱形；测量腔2为设置在基台1一侧的通孔，该通孔为原型通孔、矩形通孔或梅花形通孔。

在一些示例中，所述测量件有4个，每个测量件包括应变片，所述应变片在测量腔中呈周向均匀对称分布。这种分布方式有利于应变片充分感受到具有弹性的基台1在感应到外界重量后产生的形变，保证整体的准确性。应变片优选为为弧形，与测量腔2表面贴合；具体为应变片采用粘接胶连接在所述测量腔的内壁或外壁上。

具体的，所述第一信号和第二信号优先设定为恒流激励的差分信号。恒流激励的形式提高了对外界不均匀电场的抗干扰能力。同时差分信号则优先作为两端具有电势差的信号选择。

进一步的，第一应变片、第二应变片分别贴在基台1的拉应变区和压应变区组成第一输出(-/+SIG_1两端施加恒流激励,-/+SIG_1为传感器信号输出端，输出差分电压信号)。第三应变片、第四应变片分别贴在基台1的拉应变区和压应变区组成第二输出(-/+SIG_2两端施加恒流激励,-/+SIG_2为传感器信号输出端，输出差分电压信号)。因此，本方案实现了双路输出，即，可以实现在一路电路受到影响的情况下，另一路电路进行正常工作，保证传感器工作的可靠性。

在一些示例中，如图4所示，承重部4设置在测量腔2的上方，当采用星型电桥的称重测力传感器进行工作时，将所需测量的物体放置在承重部4的上方，物体的重力使得为圆形通孔的测量腔2产生形变，同时带动粘附在测量腔2表面的应变片产生形变，使得应变片的阻值产生变化，电路中的信号输出端电压/电流由此产生变化，并等比例于所加重力的大小，将此电压/电流信号转换为数据信号。

在一些示例中，PCB板3为印制电路板，包括惯性测量模块、数据处理模块。在采用星型电桥的称重测力传感器进行工作时，PCB板3进行工作，PCB板3外接电屏，用于显示最终的称重数据。

称重测力传感器中的PCB板3通过应变片阻值、预设的应变系数和预设的比例系数计算出重力输出值；所述应变系数为应变片阻值与应变程度之间的比例，所述比例系数为应变程度与重力输出值之间的比例，所述比例系数和应变系数均为预设值。

其中，应变系数为工作人员针对本称重测力传感器在使用时所测量和计算出的数值，应变系数直接与应变片所采用的材质有关系；比例系数为工作人员针对本称重测力传感器在使用前所测量出和计算出的数值，比例系数直接用于整体称重测量传感器相关联，也就是说，不同传感器其比例系数不同。

在一些示例中，固定部5设置有多个固定孔，使得采用星型电桥的称重测力传感器可以固定在车上。

在使用采用星型电桥的称重测力传感器时，待测物体的重量施加在承重部4上，处于承重部4下的测量腔2在重力的作用下进行形变，使得设置在测量腔2内部表面的应变片产生形变，应变片阻值产生变化，电路产生的电场而同时产生了变化。在如图3所示的电路中，四个应变片采用星型连接，第一应变片的右端、第四应变片右端、第二应变片的左端、第三应变片的左端均接地。使得四个应变片的第一应变片的右端、第四应变片的右端、第二应变片的左端、第三应变片的左端的电势均为0，在此情况下，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片的输入输出端的电势差均相同，有效减少了由于电势差不同对应变片电阻造成的不同的影响。

并且，本实用新型将第一应变片的第一应变片的右端、第四应变片的右端、第二应变片的左端、第三应变片的左端，使得各个应变片在工作时电势差相同，改善了高电压下应变片电阻值漂移的情况，提高了输入端的EMC(电磁兼容)抗扰度，提升了桥路测量精度和稳定性，提高了产品生命周期内的稳定性。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，包括：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路；第一电路、第二电路、第三电路和第四电路均设置有测量件，所述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的一端均接地；

第一电路不接地的另一端连接第一信号的一端，第四电路不接地的另一端连接第一信号的另一端，第一信号的两端具有电势差；第二电路不接地的另一端连接第二信号的一端，第三电路不接地的另一端连接第二信号的另一端，第二信号的两端具有电势差。

2.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，第一电路的接地端、第二电路的接地端、第三电路的接地端和第四电路的接地端连接同一个接地端口。

3.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，第一电路的接地端和第四电路的接地端连接同一个第一接地端口，第二电路的接地端和第三电路的接地端连接同一个第二接地端口，第一接地端口和第二接地端口均通过导线接地，第一接地端口与第二接地端口为不同端口。

4.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述传感器还包括弹性元件，所述第一电路中的测量件和第四电路中的测量件位于所述弹性元件的压应变区，所述第二电路中的测量件和第三电路中的测量件位于所述弹性元件的拉应变区。

5.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述传感器还包括具有弹性的基台，所述基台的一侧设有测量腔，基台的另一侧设有PCB板；所述基台顶部靠近测量腔的一侧设有承重部，基台顶部靠近PCB板的一侧设有固定部；所述测量件为应变片，所述应变片分布于所述测量腔中。

6.根据权利要求5所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述应变片在测量腔中呈周向均匀对称分布。

7.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述第一信号和第二信号为恒流激励。

8.根据权利要求4所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述测量件包括应变片和/或电阻，每个测量件包括至少一个应变片或电阻，至少一个测量件包括应变片。

9.根据权利要求1所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述第一信号和第二信号并联输入和输出。

10.根据权利要求8所述的采用星型电桥的称重测力传感器，其特征在于，所述称重测力传感器通过应变片阻值、预设的应变系数和预设的比例系数计算出重力输出值；所述应变系数为应变片阻值与应变程度之间的比例，所述比例系数为应变程度与重力输出值之间的比例，所述比例系数和应变系数均为预设值。

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