稱重傳感器的靈敏度是否比 “一般傳感器” 低,需要從傳感器原理、應(yīng)用場(chǎng)景和性能指標(biāo)的定義來(lái)具體分析。以下是詳細(xì)對(duì)比和解釋:
一、靈敏度的定義與計(jì)算方式
靈敏度(Sensitivity)指?jìng)鞲衅髟陬~定載荷下的 輸出信號(hào)變化量與輸入量(重量)的比值,通常表示為:
靈敏度= 輸入重量變化/輸出信號(hào)變化 = ΔW/ΔV (單位:mV/V、mV/kg、mV/N 等)
以應(yīng)變式稱重傳感器為例,其典型靈敏度為 2 mV/V(即供橋電壓 10V 時(shí),滿量程輸出 20 mV)。
二、與其他類型傳感器的對(duì)比
1. 與壓力傳感器(應(yīng)變式 / 壓阻式)對(duì)比
稱重傳感器:基于應(yīng)變片原理,量程通常較大(從幾克到數(shù)百噸),輸出信號(hào)多為 mV 級(jí)電壓(如 2 mV/V),靈敏度絕對(duì)值不高,但需匹配大量程。
壓力傳感器(小量程):如測(cè)量血壓(0~40 kPa)的壓阻式傳感器,靈敏度可能達(dá) 10 mV/kPa(輸出信號(hào)相對(duì)更高),因量程小,單位輸入的輸出變化更明顯。
結(jié)論:同原理下,量程越大的稱重傳感器,單位重量的靈敏度可能低于小量程壓力傳感器(如 10 噸量程的稱重傳感器,每公斤靈敏度是滿量程的 1/10000,而小量程壓力傳感器每 kPa 的靈敏度更高)。
2. 與位移 / 振動(dòng)傳感器(電容式、電感式)對(duì)比
稱重傳感器:依賴機(jī)械應(yīng)變,信號(hào)鏈包含彈性體變形→應(yīng)變片電阻變化→電橋輸出,中間環(huán)節(jié)引入機(jī)械阻尼,動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢,靈敏度受彈性體剛度限制(剛度越高,變形越小,靈敏度越低,但穩(wěn)定性越好)。
電容式位移傳感器:可測(cè)微米級(jí)位移,靈敏度可達(dá) mV/μm 甚至 V/mm,輸出信號(hào)對(duì)微小變化更敏感,因無(wú)需克服大質(zhì)量載荷的機(jī)械剛度。
結(jié)論:非應(yīng)變式的精密測(cè)量傳感器,靈敏度通常高于稱重傳感器(設(shè)計(jì)目標(biāo)不同,前者側(cè)重微小變化,后者側(cè)重重載下的穩(wěn)定測(cè)量)。
3. 與高精度測(cè)量傳感器(如天平傳感器)對(duì)比
工業(yè)稱重傳感器:用于動(dòng)態(tài)稱重、皮帶秤等場(chǎng)景,靈敏度約 2 mV/V,精度等級(jí)多為 0.1%~0.05% FS。
分析天平傳感器:采用電磁力補(bǔ)償原理,靈敏度可達(dá) 1 μV/mg(對(duì)應(yīng) 0.1 mg 精度),通過(guò)閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)超高靈敏度和分辨率。
結(jié)論:專用高精度稱重傳感器(如天平)的靈敏度并不低,甚至遠(yuǎn)高于普通工業(yè)傳感器,但工業(yè)稱重傳感器因量程大、環(huán)境惡劣,需在靈敏度和耐用性間平衡。
三、稱重傳感器靈敏度 “低” 的原因
1. 量程與靈敏度的權(quán)衡
稱重傳感器需覆蓋大范圍載荷(如 0.1 kg~100 噸),彈性體設(shè)計(jì)必須兼顧剛度和變形:
剛度高→變形小→靈敏度低,但抗過(guò)載能力強(qiáng)(適合工業(yè)環(huán)境);
剛度低→變形大→靈敏度高,但易受振動(dòng)、溫度影響(適合實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量)。
例如:100 噸量程的傳感器,滿量程輸出 20 mV(供橋 10V),每公斤靈敏度僅 0.0002 mV/kg,而 10 kg 量程傳感器每公斤靈敏度可達(dá) 2 mV/kg(相差 10^4 倍)。
2. 信號(hào)處理的補(bǔ)償
雖然稱重傳感器原始輸出信號(hào)?。╩V 級(jí)),但通過(guò) 放大器(如儀表放大器)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),可將信號(hào)放大到伏級(jí),實(shí)際分辨率并不低。
3. 環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)先
工業(yè)稱重傳感器需在粉塵、振動(dòng)、溫度變化(-40℃~+85℃)下工作,設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)犧牲部分靈敏度來(lái)提升 抗噪聲能力、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和線性度。例如:
采用不銹鋼密封外殼→增加機(jī)械剛度→降低靈敏度;
內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路→修正溫度對(duì)靈敏度的影響,但無(wú)法提升原始輸出信號(hào)。