多頭秤的工作原理是什麼？

作者：Smartweigh多頭配重器

多頭秤是一種將動能從一種形式轉換為另一種形式的機器。具體來說，多頭秤是一種力感測器，它將機械能（例如支撐力、收縮率、工作壓力或扭矩）轉換為可精確測量的電子訊號。資料訊號的壓縮強度隨釋放力的壓縮強度而變化。

根據輸出資料訊號的不同，多頭秤可分為三種基本類型：液壓式、氣動式和電阻應變式。工業生產中最常用的多頭秤是內建應變式多頭秤。電阻應變式多頭秤由一個固定電阻應變片的實心金屬本體（或稱為「彈性黃色零件」）構成。

外殼通常由鋁、碳鋼或不銹鋼板製成，使其強度高且延展性好。多頭秤在施加稱量時會發生輕微變形，但除非承受負載，否則會始終保持原狀。為了更好地適應物體形狀的變化，電阻應變片也會隨之改變其外觀。

這反過來會導致電阻應變計的電阻值變化，而這種變化可以透過工作電壓的變化來精確測量。由於輸出的這種變化與釋放的淨重呈正相關，因此可以根據工作電壓的變化來確定物品的淨重。多頭秤的工作原理是什麼？要回答“多頭秤的工作原理是什麼？”，首先必須了解“電阻應變計的工作原理是什麼？”。電阻應變計是一種能夠精確測量電阻器在受力時電阻值變化的裝置。

典型的電阻應變計由排列成網格狀的極細金屬絲網構成，當沿某一軸向施加應變力時，金屬絲網的電阻值會改變。電阻應變計有多種類型可供選擇：線性電阻應變計：連接到電阻應變計背面的電源線與電阻應變計的邊緣平行。這種應變計用於精確測量徑向應變和彎曲應變。

切削電阻應變片：連接到電阻應變片背面的電源線以45°角佈置在工作壓力框架的兩側。這種設計用於精確測量切削應變。電阻應變片通常與多個電阻應變片配合使用，以提高測量精度。

一個數位功率放大器電阻應變片稱為四分之一橋，兩個數位功率放大器電阻應變片稱為半橋，四個數位功率放大器電阻應變片稱為全橋。電阻應變片的電阻變化與用重物支撐可充電電池不同。張力使電阻應變片變軟並伸長，從而抬起電阻。

擰緊力會縮短電阻應變片的厚度並降低其電阻。電阻應變片安裝在薄背板（固定支架）上，該背板直接連接到稱重模組，使電阻應變片能夠感受到多頭秤的應變力。單一電阻應變片精確測量的電阻變化非常小，約0.12°。

負載模組的靈敏度會隨著所放置應變片數量的增加而增加。將這種微小的變化轉化為更實用功能的一個好方法是將它們互連，建立智慧稱重橋。電阻應變片的類型：電阻應變片的排列方向各不相同，其區別在於它們能夠精確測量的力的類型。

彎曲應變、剪切應變、徑向應變、扭矩和工作壓力均採用電阻應變片的特殊合理排列方式進行精確測量。智慧型稱重橋電路配備四個均衡電阻，並使用已知的激勵工作電壓，如下圖所示：5 為已知的穩定工作電壓，VO 可精確測量。如果所有電阻均平衡，則表示 R1/R2/R3/R4 相等，此時 VO 為零。

如果其中一個電阻值發生變化，電壓 VO 也會隨之變化，這種變化可以用歐姆定律精確測量和表達。歐姆定律強調，流經導體兩點之間的電流（I，單位為安培）與這兩點之間的工作電壓（V）成正比。電阻（R，單位為歐姆）在此關係中作為一個變數引入，與電流本身無關。

歐姆定律可以用公式 I=V/R 表示。將其應用於智慧型地磅電源電路的 4 條紙帶時，所得的方程式如下：在多頭秤中，該電阻被電阻應變計所取代，用於代替支撐力並精確測量收縮率。當對被稱重的可充電電池施加力時，每個電阻應變計中的電阻值會發生變化，從而可以精確測量 VO。

根據所得數據信息，可以使用上述方程組輕鬆確定 VO。

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