多头秤的工作原理是什么？

作者：Smartweigh多头配重器

多头秤是一种将动能从一种形式转换为另一种形式的机器。具体来说，多头秤是一种力传感器，它将机械能（例如支撑力、收缩率、工作压力或扭矩）转换为可精确测量的电子信号。数据信号的压缩强度随释放力的压缩强度而变化。

根据输出数据信号的不同，多头秤可分为三种基本类型：液压式、气动式和电阻应变式。工业生产中最常用的多头秤是内置应变式多头秤。电阻应变式多头秤由一个固定电阻应变片的实心金属本体（或称“弹性黄色部件”）构成。

外壳通常由铝、碳钢或不锈钢板制成，使其强度高且延展性好。多头秤在施加称量时会发生轻微变形，但除非承受负载，否则会始终保持原状。为了更好地适应物体形状的变化，电阻应变片也会随之改变其外观。

这反过来会导致电阻应变计的电阻值发生变化，而这种变化可以通过工作电压的变化来精确测量。由于输出的这种变化与释放的净重呈正相关，因此可以根据工作电压的变化来确定物品的净重。多头秤的工作原理是什么？要回答“多头秤的工作原理是什么？”，首先必须了解“电阻应变计的工作原理是什么？”。电阻应变计是一种能够精确测量电阻器在受力时电阻值变化的装置。

典型的电阻应变计由排列成网格状的极细金属丝网构成，当沿某一轴向施加应变力时，金属丝网的电阻值会发生改变。电阻应变计有多种类型可供选择：线性电阻应变计：连接到电阻应变计背面的电源线与电阻应变计的边缘平行。这种应变计用于精确测量径向应变和弯曲应变。

切削电阻应变片：连接到电阻应变片背面的电源线以45°角布置在工作压力框架的两侧。这种设计用于精确测量切削应变。电阻应变片通常与多个电阻应变片配合使用，以提高测量精度。

一个数字功率放大器电阻应变片称为四分之一桥，两个数字功率放大器电阻应变片称为半桥，四个数字功率放大器电阻应变片称为全桥。电阻应变片的电阻变化与用重物支撑可充电电池不同。张力使电阻应变片变软并伸长，从而抬起电阻。

拧紧力会缩短电阻应变片的厚度并降低其电阻。电阻应变片安装在薄背板（固定支架）上，该背板直接连接到称重模块，使电阻应变片能够感受到多头秤的应变力。单个电阻应变片精确测量的电阻变化非常小，约为0.12°。

负载模块的灵敏度会随着所放置应变片数量的增加而提高。将这种微小的变化转化为更实用功能的一个好方法是将它们互连，构建智能称重桥。电阻应变片的类型：电阻应变片的排列方向各不相同，其区别在于它们能够精确测量的力的类型。

弯曲应变、剪切应变、径向应变、扭矩和工作压力均采用电阻应变片的特殊合理排列方式进行精确测量。智能称重桥电路配备四个均衡电阻，并使用已知的激励工作电压，如下图所示：5 为已知的稳定工作电压，VO 可精确测量。如果所有电阻均平衡，则意味着 R1/R2/R3/R4 相等，此时 VO 为零。

如果其中一个电阻值发生变化，电压 VO 也会随之变化，这种变化可以用欧姆定律精确测量和表达。欧姆定律强调，流经导体两点之间的电流（I，单位为安培）与这两点之间的工作电压（V）成正比。电阻（R，单位为欧姆）在此关系中作为一个变量引入，与电流本身无关。

欧姆定律可以用公式 I=V/R 表示。将其应用于智能地磅电源电路的 4 条纸带时，得到的方程如下：在多头秤中，该电阻被电阻应变计所取代，用于代替支撑力并精确测量收缩率。当对被称重的可充电电池施加力时，每个电阻应变计中的电阻值会发生变化，从而可以精确测量 VO。

根据所得数据信息，可以使用上述方程组轻松确定 VO。

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