应变式称重传感器及其滞后补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及应变式称重传感器，更具体地说，涉及应变式称重传感器的滞后补偿 技术。
【背景技术】
[0002] 应变式称重传感器的滞后特性是一项非常重要的性能指标，决定传感器滞后的主 要因素为传感器结构、弹性体材料和应变片的特性。当传感器结构一定时，弹性体材料和应 变片就决定了传感器的滞后特性。由于目前应变式称重传感器的技术相对成熟，所以传感 器的结构基本是固定的，于是，弹性体材料和应变片就决定了传感器的滞后特性。
[0003] 弹性体材料内部的各种微观组织（晶界和位错）决定了其耗能，故具有正的滞后特 性。应变片的滞后机理并不清楚，实践表明通过适当的控制箔材的热处理工艺，应变片可以 获得不同程度的负滞后，从而补偿弹性体的正滞后，使得传感器的滞后控制在所需的范围 内。
[0004] 由于弹性体材料的成分和热处理总会随批次性变化，应变片的滞后特性也会批次 性的波动，造成传感器的滞后批次性变化，往往会出现批次性滞后超差。然而，针对模拟应 变式传感器目前却没有一种补偿和调节滞后的方法，一旦传感器出现了批次滞后超差情 况，只能将已经做成的产品报废或返工，然后设法调整弹性体热处理工艺，或者更换应变 片。这往往需要相当长的周期，而且成功率得不到保证。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提出一种能对应变式称重传感器的滞后特性进行调节和补偿的技术。
[0006] 根据本发明的一实施例，提出一种应变式称重传感器，包括弹性体和应变片，应变 片粘贴在弹性体的拉应变区和压应变区，应变片组成应变电路，激励电压施加到应变电路 的两端，该应变式称重传感器还包括箔式镍电阻，箔式镍电阻粘贴在弹性体的拉应变区，箔 式镍电阻与应变电路串接并对激励电压进行分压，利用箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特 性改变激励电压在应变电路两端的分压，对应变式称重传感器的滞后正向补偿。
[0007] 在一个实施例中，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片分别粘贴在弹性体上 下两侧的拉应变区和压应变区。四个应变片组成的应变电路是电桥。
[0008] 根据本发明的一实施例，提出一种应变式称重传感器，包括弹性体和应变片，应变 片粘贴在弹性体的拉应变区和压应变区，应变片组成应变电路，激励电压施加到应变电路 的两端，该应变式称重传感器还包括：第一箔式镍电阻、第二箔式镍电阻和变阻元件。第一 箔式镍电阻粘贴在弹性体的拉应变区，第二箔式镍电阻粘贴在弹性体的拉应变区，变阻元 件的电阻值由第二箔式镍电阻的电阻值控制。第一箔式镍电阻和变阻元件与应变电路串接 并对激励电压进行分压，利用箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特性改变激励电压在所述应 变电路两端的分压，对应变式称重传感器的滞后双向补偿。
[0009] 在一个实施例中，变阻元件的电阻值与第二箔式镍电阻的电阻值同向变化，对应 变式称重传感器的滞后正向补偿。变阻元件的电阻值与第二箔式镍电阻的电阻值反向变 化，对应变式称重传感器的滞后反向补偿。
[0010] 在一个实施例中，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片分别粘贴在弹性体上 下两侧的拉应变区和压应变区。四个应变片组成的应变电路是电桥。
[0011] 根据本发明的一实施例，提出一种应变式称重传感器的滞后补偿方法，应变式称 重传感器包括弹性体和应变片，应变片粘贴在弹性体的拉应变区和压应变区，应变片组成 应变电路，激励电压施加到所述应变电路的两端，该滞后补偿方法包括：
[0012] 在弹性体的拉应变区粘贴箔式镍电阻，将箔式镍电阻与应变电路串接对激励电压 进行分压，利用箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特性改变激励电压在应变电路两端的分 压，对应变式称重传感器的滞后正向补偿。
[0013] 在一个实施例中，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片分别粘贴在弹性体上 下两侧的拉应变区和压应变区。四个应变片组成的应变电路是电桥。
[0014] 根据本发明的一实施例，提出一种应变式称重传感器的滞后补偿方法，应变式称 重传感器包括弹性体和应变片，应变片粘贴在弹性体的拉应变区和压应变区，应变片组成 应变电路，激励电压施加到所述应变电路的两端，该滞后补偿方法包括：
[0015] 在弹性体的拉应变区粘贴第一箔式镍电阻和第二箔式镍电阻；
[0016] 连接第二箔式镍电阻和一变阻元件，由第二箔式镍电阻的电阻值控制变阻元件的 电阻值；
[0017] 将第一箔式镍电阻和变阻元件与应变电路串接，对激励电压进行分压，利用箔式 镍电阻在拉应变时的负滞后特性改变激励电压在应变电路两端的分压，对应变式称重传感 器的滞后双向补偿。
[0018] 在一个实施例中，变阻元件的电阻值与第二箔式镍电阻的电阻值同向变化，对应 变式称重传感器的滞后正向补偿。变阻元件的电阻值与第二箔式镍电阻的电阻值反向变 化，对应变式称重传感器的滞后反向补偿。
[0019] 在一个实施例中，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片分别粘贴在弹性体上 下两侧的拉应变区和压应变区。四个应变片组成的应变电路是电桥。
[0020] 本发明利用箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特性，通过对激励电压的分压调节来 实现对应变式称重传感器的滞后补偿，能够在不改变弹性体和应变片的情况下实现滞后补 偿。可以在不增加过度成本的如提下，提商广品合格率，提商广品的精度，缩短调整弹性体 材料或应变片的时间。
【附图说明】
[0021] 本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述 而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
[0022] 图1揭示了箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特性。
[0023] 图2a和图2b揭示了根据本发明的第一实施例的应变式称重传感器的结构示意 图。
[0024] 图3揭示了第一实施例的应变式称重传感器的电路原理图。
[0025] 图4揭示了第一实施例的应变式称重传感器的滞后特性补偿示意图。
[0026] 图5揭示了根据本发明的第二实施例的应变式称重传感器的电路原理图。
[0027] 具体实时方式
[0028] 本发明的基本原理是利用箔式镍电阻在拉应变时的负滞后特性。图1揭示了箔式 镍电阻在拉应变时的负滞后特性。如图1所示，在拉应变载荷加载时，箔式镍电阻的阻值会 单调减小(参考图1中上方的折线)，在拉应变载荷卸载时箔式镍电阻的阻值单调增大(参考 图1中下方的折线)。并且，卸载时箔式镍电阻的阻值总小于相同应变载荷下加载时的阻值， 呈现负滞后特性。
[0029] 图2a和图2b揭示了根据本发明的第一实施例的应变式称重传感器，其中图2a是 该应变式称重传感器的侧视图，图2b是该应变式称重传感器的俯视图。该应变式称重传感 器包括弹性体101和应变片102。在弹性体101的上下两侧各自有一个拉应变区A和一个压 应变区B，一个弹性体101上共有两个拉应变区A和两个压应变区B。应变片102粘贴在弹 性体101的拉应变区和压应变区，在第一实施例中，弹性体101上粘贴有四个应变片102,四 个应变片102分别粘贴在两个拉应变区A和两个压应变区B。应变片组成应变电路，参考图 3所示，四个应变片102的电阻值均为R，在图3中用102-R标示，四个应变片组成的应变电 路是电桥。箔式镍电阻103粘贴在弹性体101的拉应变区A，箔式镍电阻103可以粘贴在两 个拉应变区A中的任何一个。箔式镍电阻103的电阻值为Rni，在图3中用103-Rni标示。 参考图3所示，箔式镍电阻103与应变电路（电桥）串接，原先施加到电桥两端的激励电压U 被施加到箔式镍电阻103和电桥的串联电路的两端，箔式镍电阻103对激励电压U进行分 压，激励电压U在电桥两端的分压
。由于箔式镍电阻103在拉应变时具有 负滞后特性，因此箔式镍电阻103的电阻值在卸载过程中总比加载过程中相同应变载荷下 要小，相应的，在相同应变载荷下，电桥两端的分压Vb在卸载过程中比加载过程中要大，使 得应变式称重传感器的滞后正向变化，从而对应变式称重传感器的滞后进行正向补偿。图4 揭示了第一实施例的应变式称重传感器的滞后特性补偿示意图。图4中的曲线a表示应变 式称重传感器的加载误差，曲线b表示没有箔式镍电阻时应变式称重传感器的卸载误差， 曲线c表示在拉应变区粘贴箔式镍电阻后应变式称重传感器的卸载误差。比较曲线c和曲 线b，可以发现箔式镍电a阻能够对应变式称重传感器的滞后特性进行正向补偿。
[0030] 与第一实施例对