称重传感器的种类及原理
一、称重传感器类型根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。
二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。
三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号.
四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。
称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。称重传感器是力学传感器中一大重要类别，应用也最为广泛，其形式也有很多。称重传感器类型是构建称重传感器总的来说主要有弹性体、应变计、密封等等。当前Celtron称重传感器、RICE LAKE称重传感器、TEDEA称重传感器、BLH称重传感器、INTERFACE称重传感器、TRANSCELL称重传感器、HBM称重传感器、Mettler Toledo/托利多称重传感器、Laumas称重传感器等都是世界著名称重传感器品牌。它们几个相互作用影响着传感器的性能，下面分析一下它们各自的作用。称重传感器在制造过程中，为了改善它的性能，特别是改善温度特性，一般要在应变片电路中附加对零点和灵敏度的温度补偿。即除了应变片外，其中还增加了各种补偿电阻。零点补偿的目的是尽量减小电桥零点随温度的变化，因此，出应变片本身的温度自补偿外，又加入了电阻温度系数和电桥中应变片的温度系数不同的电阻元件（如铜电阻或镍电阻等），以加强补偿作用。灵敏度补偿的目的是减小输出电压随温度的变化，即补偿弹性体的弹性系数和应变片的灵敏度系数随温度的变化。因此，对电桥中串接了两个与电桥温度补偿作用相同的电阻。同时电路中的其它电阻用于将电桥的初始平衡，额定输出和输入电阻等参数调整到规定的数值。
起先海内冶金企业为了解决高温称重传感器，从国外引进，费用昂贵，且配件备件困难。称重传感器类型有磁传感器、光敏传感器归为电子元器件，称重传感器、轴距传感器、电容式压力传感器归为机械或仪表行业。到二十世纪80年代中期，随着高精度称重传感器技术的日趋成熟，机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。称重传感器的外形构造随被测对象的不同，称重传感器类型其外形构造也会不同。比较常见的称重传感器的外形构造：圆柱形有S形；长方形等。测重形式的有压缩式、伸张式；圆柱形（杯柱形）一般均为压缩式测重形式：S形，长方形均为压缩式，伸张式两用测重形式；内部金属称重梁形式：一般分为单孔或双孔形式。
称重传感器类型从材质上区分金属电阻具有阻碍电流流动的性质，即具有电阻（Ω），其阻值依金属的种类而异。同一种金属丝，一般来讲，越是细长，其电阻值就越大。当金属电阻丝受外力作用而伸缩时，其电阻值就会在某一范围内增减。因此，将金属丝（或膜）紧贴在被测物体上，而且这种丝或膜又很细或很薄，粘贴又十分完善，那麽当被测物体受外力而伸缩时，金属电阻丝（膜）也会按比例伸缩，其阻值也会相应变化。称重传感器就是将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。
称重传感器的应变计主要由敏感栅、基底、被覆层和引线等所组成。数字称重传感器它是通过敏感栅的电阻应变效应，把弹性体的应变转变为阻值变化，如果材料本身就存在迟滞性的话，应变计也就存在着迟滞性。目前世界上有名的应变计厂家都在制造应变计时充分考虑到迟滞性，采用自补偿措施，以便把迟滞性减少到最低的水平。这也是选择称重传感器时必须考虑的因素。传感器模拟器的激励电压来源于称重显示仪表的供桥电压，是一种无源的被动型信号发生器。传感器模拟器既可以在实验室内对称重显示仪表进行设定和标定，也可以在现场及时查找、发现故障原因，从而迅速排除故障，是一个必不可少的电子汽车衡检测维修设备。这种模拟器类似一台直流标准电压源，可以向称重显示仪表提供各种秤量范围的模拟电压信号。称重传感器模拟器是根据电阻应变式称重传感器的工作原理制成的，可以模拟电阻应变式称重传感器的各种不同加载状态。
称重传感器类型分类
凡是利用一定的物性(物理、化学、生物)法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件和装置均可称为传感器；传感器又被称为变换器、转换器、检测器、敏感元件、换能器和一次仪表等。
传感器具有以下作用与功能：1、测量与数据采集；2、检测与控制作用；3、诊断与监测作用；4、辅助观测仪器；5、资源探测与环境保护；6、医疗卫生和家用电器。
传感器的基本组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源。
1、力学量传感器：光电式位移、位置传感器
光纤陀螺是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。
2、热学量传感器：光纤温度传感器
一类是利用光导纤维本身具有的敏感功能而使光纤起温度测量作用，同时利用光纤的特性将温度信号以光的形式传输，该类型属于功能型光纤温度传感器；另一类是光导纤维仅起传输光波的作用，感温功能必须由在光纤端面加装其他敏感元件来完成，属于传输型光纤温度传感器。
光纤温度传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、安全防爆、可绕性好等特点。
目前光纤温度传感器具体可分为晶体光纤温度传感器、半导体吸收光纤温度传感器、双折射光纤温度传感器、光路遮断式光纤温度传感器、荧光光纤温度传感器、Fabry-Rerot标准器光纤温度传感器、辐射式光纤温度传感器和分布参数式光纤温度传感器等。
传感器的定义和分类
一、称重传感器的原理定义
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统
中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC: International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel 等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)力传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器系统的原则框图示于图1-1，进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特
性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。
德国和俄罗斯学者认为传感器应是由二部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分。
传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源
有源(a)和无源(b)传感器的信号流程无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励
能传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。(https://www.dgzj.com/ 电工之家)对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。
各种物理效应和工作机理被用于制作不同功能的传感器。传感器可以直接接触被测量对象，也可以不接触。用于传感器的工作机制和效应类型不断增加，其包含的处理过程日益完善。
常将传感器的功能与人类5 大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉压敏、温敏、流体传感器——触觉与当代的传感器相比，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，例如人类没有能力感知紫外或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。对传感器设定了许多技术要求，有一些是对所有类型传感器都适用的，也有只对
特定类型传感器适用的特殊要求。针对传感器的工作原理和结构在不同场合均需
要的基本要求是：高灵敏度抗干扰的稳定性(对噪声不敏感)线性容易调节(校准简易)高精度高可靠性无迟滞性工作寿命长(耐用性)可重复性抗老化高响应速率抗环境影响(热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃)的能力选择性安全性(传感器应是无污染的)互换性低成本宽测量范围小尺寸、重量轻和高强度宽工作温度范围传感器的定义和分类。
二、传感器的分类
可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。常见传感器的应用领域和工作原理列于1.1。按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，能耗传感器，速度传感器，热敏传感器， 加速度传感器，射线辐射传感器，振动传感器，敏传感器，磁敏传感器，敏传感器，真空度传感器，物传感器等。以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出
一个设定的低电平或高电平信号。在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：(1)按照其所用材料的类别分金属 聚合物 陶瓷 混合物
(2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料
(3)按材料的晶体结构分单晶 多晶 非晶材料与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：
(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。
(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。
(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。
现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2
中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器 陶瓷传感器
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。
使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3 制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
按传感器工作原理可分为：物理传感器和化学传感器二大类，但大多数的传感器是以物理原理为基础运作的。
物理传感器应用在物理效应方面，如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，只要被测信号有量的微小变化都能将其转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，也能将被测信号量的微小变化转换成电信号的变化。
按照其用途分类有：温度传感器、湿度传感器、光电传感器、超声波传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。
称重传感器类型按照其制造工艺可分为：集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器和陶瓷传感器集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的敏感材料薄膜形成的。
使用混合工艺时，可将部分电路制造在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。
按应用领域分类有：机器传感器、医用传感器、环保传感器等。
以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器：将被测量的非电学量.转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
陶瓷传感器则是采用标准的陶瓷工艺或某特种工艺(溶胶一凝胶等)生产。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。
