浅谈地磅与地磅传感器及其补偿问题

地磅是主要用于确定物体质量的一种计量仪器，随着科技的进步和实际使用的要求不断提升，地磅已经由原始的机械地磅发展到了电子地磅，传感器也已经成为电子地磅的核心部件。本文主要讨论地磅的原理，地磅传感器的种类及其补偿问题。

地磅是质量计量仪器的简称，也就是主要用于确定物体质量的一种计量仪器。国际法制计量组织（OIML）1992 年公布的地磅定义为：“利用作用于物体上的重力来确定该物体质量的计量仪器（该地磅也可用来确定作为质量函数的其他量值、数值、参数或特征）称之为衡量仪器”。地磅广泛应用于工业、农业、商业、科研和医疗卫生等部门。

若干世纪以来，人们总是应用杠杆原理制作各式各样的机械地磅，技术上并没有大的突破。在二十世纪五十年代以后，随着世界经济的发展，机械地磅越来越不能满足生产自动化和管理现代化的需求，因此迫切需要研究新的称重技术，用于解决生产和贸易中的自动、快速、连续称重的问题.

这些问题单靠纯机械地磅是很难解决的，只有通过电气或电子的手段才能满足。于是，电子技术逐渐渗入到地磅制造业,电子地磅也就应运而生。

电子地磅是配有电子秤量装置的地磅，主要有由称重传感器、承载器（俗称称架）称重仪表三部分组成。电子地磅的工作原理是将作用在承载器上的质量或力的大小，通过称重传感器转换为与之成正比的电信号，并且以模拟或数字量的形式在称重仪表上显示出来。

电阻应变式称重传感器因制作简单、工艺成熟、准确度高（最高准确度目前可做到非线性、重复性、滞后指标优于0.01%），占据着称重传感器 90%以上的市场份额。电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下质量或力的测量，在工业生产过程检测、控制、自动称量等领域以大量应用随着工业控制系统向数字化发展，近几年来数字式称重传感器被开发并已经得到应用。由于其能够直接输出数字量，大大提高了传输中的抗干扰能力，并使得计算机的通信极为方便。由于取消了仪表中的模拟放大、A/D 转换等环节，使仪表大为简化。

振弦式称重传感器的特点如下：重复性、线性为满刻度的 0.01%，稳定性为 0.03%，与电阻应变式称重传感器的指标大体相当；微小的被测力变化可发生较大的频率变化，分辨率高达百万分之一，灵敏度高；直接数字称重，被处理的信号及输出信号都是数字信号，处理过程无 A/D、D/A 转换,运算精度高；抗电气干扰、抗振动干扰能力强；传感器内装有温度传感器，温度补偿灵敏度可达0.0001%/℃；非位移式测量原理，测量过程几乎无位移发生，不影响秤架的校准状态；有动态过载保护装置；最多 15 台传感器可在同一根串行总线上传递信号，最大传送距离为 500m。因此这种称重传感器是未来传感器发展的一个方向。

1.零位补偿

尽管电阻应变片经过精心挑选，使其阻值相等。但绝对一致是不可能的，及时挑选出相应的阻值相等的应变片，经过贴片过程，阻值也会发生变化，所以桥路不平衡是绝对的。

为此，使传感器在不承重时输出等于零而进行的调整，叫零点补偿。消除初始桥路不平衡的方法有：串联法、并联法和外加电压法。

2.温度补偿

理论讨论与实验室测试时通常都是以室温恒定为前提的，即使变化范围也不大，但实际使用时其各项参数受环境温度和被测试件温度影响很大。这种单纯由温度变化而引起的变化现象，称为温度效应。产生温度效应的因素有两个：一是电阻具有一定的温度系数；二是电阻材料与被测材料线膨胀系数不同。因此常温下，温度效应主要是温度变化对传感器参数的影响。这就需要对传感器进行进行温度补偿。温度补偿主要是指零位漂移补偿和灵敏度的温度补偿。

（1） 零位漂移补偿

传感器在不受力时的输出，随温度变化而发生变化，叫做零位温度漂移。引起零位温度漂移的原因很多，例如：电阻应变片温度系数不一致，电阻应变片胶基厚度和固化程度不一致，引线长度不同，寄生热电势的产生，弹性元件与外壳热膨胀（收缩）不一致，弹性元件纵横向膨胀系数不同弹性元件曲率的影响，大气压力的波动等等。

（2）灵敏度的温度补偿

传感器的灵敏度与电阻应变片的灵敏系数、弹性体的弹性模量、弹性体的结构尺寸有关系。当温度变化时，这些参数都会有所变化。所以，传感器不在恒温条件下工作而又要求有较高的精度时，就必须对灵敏度进行温度补偿。常用的方法是在拱桥电路中串联适当的铜电阻。

3.非线性补偿

严格来说，外加载荷和传感器的输出并不完全成线性关系，而是一个抛物线关系，所以存在非线性问题。产生的原因主要是电桥的非线性、弹性体受压后横截面增大、应变迁的非线性、弹性体本身的非线性以及模数补偿电阻等非线性造成的。补偿办法可以在输入端接入一个半导体应变片；或利用镍作模数补偿电阻兼作非线性的盒状膜片，同时用作非线性和侧向力补偿。

4..侧向力补偿

由于外力不可能严格作用在规定轴线上，总是要伴随出现侧向力的干扰因素。假若在此侧向力作用下，传感器的工作段轴向对称点引起的弯曲变形的代数和不为零，则此侧向力作用下，传感器的测量结果，为此必须进行修正。解决办法主要是在结构中采用双膜片结构、单膜片结构、滚珠结构、三链板式对中结构。也有的干脆更换结构，采用改进后的梁式传感器及 S 型传感器。

5.输出标准化补偿

由于应变片黏贴位置不准，应变片系数及弹性体尺寸公差，补偿电阻等的影响，同一型号和量程的传感器的实际灵敏度就不尽相同，这给传感器的互换性和配用仪器带来了麻烦。获得良好的互换性，必须对输出标准化进行补偿，以保证所有的高精度传感器均有严格的标准输出。对传感器输出标准化的一个有效措施是使传感器设计时有 15%左右的过灵敏度，一部分用云弥补温度补偿、非线性补偿、侧向力补偿所造成的损失，余下部分则用于在输入端串联输出标准化补偿电阻，其阻值在传感器校准时由校准确定。定型的商品传感器输出标准化补偿电阻都是放在传感器接线盒内的。

6.结束语

地磅是一种重要的计量器具，地磅广泛应用于工业、农业、商业、科研和医疗卫生等部门。电子衡器已经成为了地磅发展的必然趋势，并且现阶段电子地磅已经占据了极其重要的地位，设计制造出性能优良的电子地磅极为重要，因此其对地磅传感器的补偿问题也就尤为重要。