Industrielle Automatisierungs-Sensor

Sensor für die Skala eines Gabelstabs

Innenstruktur und Funktionsweise von Wäge-/Zugsensoren

2025-12-23

Innere Struktur und Funktionsprinzip des Gewichts-/Spannungsmessers

Ein Wägesensor ist ein Messgerät, das bei äußerer Kraft ein elektrisches Signal an seinem Ausgangsgerät erzeugt.Einer der häufigsten Typen sind Dehnungsmesssensoren.In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip und die Spezifikationen von Wägesensoren vorgestellt.

Was ist ein Gewichtssensor?

Ein Gewichtssensor ist eine ArtKraftwandlerEin Sensor ist ein Gerät, das eine Form von Energie in ein lesbares elektrisches Signal umwandelt.Der am häufigsten im täglichen Leben verwendete Gewichtssensor ist derDehnungsmessgerätTyp

Wie funktioniert ein Gewichtssensor?

Innerhalb eines Wägesensors befindet sich ein extrem dünnes Widerstandsmaterial, das an einem flexiblen Substrat befestigt ist.Das flexible Substrat verformt sich und zwingt das widerstandsfähige Material dazu, sich mit ihm zu verformen.Wenn sich die Abmessungen des Widerstandsbandes ändern, ändert sich auch sein Widerstandswert.

Die Veränderung des Widerstandes ist jedoch im Verhältnis zum ursprünglichen Gesamtwiderstand des Materials typischerweise in der Größenordnung von 1 äußerst gering:100Dies macht es sehr schwierig, den absoluten Widerstandswert direkt zu messen.

Um dies zu lösen, wird das widerstandsfähige Material auf dem flexiblen Substrat in einer Schaltkreiskonfiguration angeordnet, die alsBrücke von WheatstoneDiese Brücke ist eine diamantförmige Anordnung von Widerständen, mit einem Widerstand auf jeder Seite (wie im Diagramm unten gezeigt).

Wie die Wheatstone-Brücke funktioniert

Eine Anregungsspannung wird über ein Paar der Diamant-förmigen Diagonale der Brücke angewendet, und das Ausgangsspannungssignal wird über das andere Diagonale gelesen:

Wenn keine äußere Kraft angewendet wird: Alle Widerstände haben denselben Wert.also ist die Ausgangsspannung jedes Arms gleich , was zu einem 0V-Ausgang führt (da die Ausgangspunkte auf halbem Weg zwischen den Trennern liegen).
Wenn eine äußere Kraft angewendet wird: Der Wert eines Widerstands ändert sich, wodurch die Spannung an seinem Arm verändert wird. Dies erzeugt eine kleine Spannungsdifferenz an den Ausgangsterminals.

Wie man einen Gewichtssensor benutzt

Die Ausgangsspannung des Sensors ist extrem gering und stammt von einer hohen Impedanzquelle (dem Widerstandsspalter).Signalkonditionierungist erforderlich:

Die Schaltung brauchthohe Eingangsimpedanz(um Belastungseffekte auf den Teiler zu vermeiden).
Es brauchthohe Abstoßung im gemeinsamen Modus(da die absolute Spannung jedes Arms die Hälfte der Erregungsspannung beträgt).
Es brauchthoher Differenzgewinn(um den kleinen Spannungsunterschied zu verstärken).

Dies geschieht typischerweise mit einemInstrumentenverstärker(z. B. AD620 mit einer Steigerung von 100): 1mV Eingangsspannung wird zu 100mV Ausgang. Wenn beispielsweise die Vollspannung der Brücke ±25mV beträgt, gibt der Verstärker ±2,5V aus.

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