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　工业过程的自动化就是数据收集、处理、控制系统调整和执行的自动化。其中一些传感器进入了其他重要领域，例如航空航天和无损检测。在这些领域中使用的一些常见传感器是压电称重传感器传感器。像许多工业组件一样，这些电池的运行方式和被带入测试单元的方式似乎很深奥，但这些组件看似简单。

　对于典型的静态负载测量，称重传感器非常简单，不需要特殊设备或测量技术。对于动态负载测量，选择正确的传感器变得更加复杂，因为您需要在测量之前了解有关施加负载（幅度、频率或两者）的信息。以下是如何为每种测量类型选择压电称重传感器传感器以及如何将这些组件集成到更大的测试和测量系统中。

　什么是压电称重传感器？

　如果您熟悉控制晶体时钟振荡器的基本物理过程，那么您将在理解压电称重传感器传感器方面处于地位。这些组件都通过相同的物理现象运行：压电效应。在压电称重传感器传感器中，应变被施加到设备上，从而压缩单元内部的晶体。在压缩下，晶体输出电压，然后可以驱动外部电路。

　压电称重传感器传感器的机械结构使得该传感器只能测量沿一个方向的应变。如果需要沿两个或三个维度进行测量，则可以沿垂直轴安装两个或三个压电称重传感器，尽管这种情况并不常见。

　由于设备中的寄生效应，压电称重传感器传感器具有高输出阻抗和一些自然过滤，因此这些组件的作用类似于比例电压源。一些商业化单元将包括一个集成的MOSFET放大器和信号调节RC电路，它将输出转换为工业应用中使用的标准电压范围（0-10 V，或4-20 mA）。一个示例应用电路如下所示：

　这里，反馈回路中有一个RC滤波器部分。电缆中的寄生效应和换能器的输出部分也包括在内。在这些应用电路中，晶体本身通常被建模为电压源，但它实际上是一个电荷源，相关电压取决于晶体的尺寸。

　静态和动态应变测量:

　当施加静态负载（即负载不随时间变化）时，晶体两端产生的分离电荷将具有一些相关的势能，因此器件中的两个电极之间存在一些电压。不幸的是，这些设备中使用的材料和晶体并不是的绝缘体，因此激发的电荷会在电极之间泄漏并重新结合。因此，压电称重传感器传感器不适合静压测量。电阻式称重传感器是静态测量的更好选择。

　压电称重传感器更适合动态测量，其中施加的负载随时间变化。这可能涉及快速变化的力的测量，在这种情况下，这些称重传感器充当加速度计。他们还可以测量谐波力，测量以单一频率收集。这些传感器通常用于超声波测量。

　与大多数实际设备一样，压电式称重传感器传感器具有一定的频率响应谱，并且存在这些设备最敏感的频率区域。下图显示了对数对数图上压电称重传感器灵敏度的典型示例。

　有一个低频区域，其灵敏度实际上是平坦的。然而，当负载的频率接近谐振时，存在一个具有非常高灵敏度的线性范围。在这里，共振显示为在~1 dB频率范围内具有~1个十倍频增益。实数单位可以提供高达约100 dB的增益，从而实现极其灵敏的应变测量。电路中的带宽取决于用于连接电荷放大器的元件、电荷放大器本身以及压电晶体的尺寸和材料。

　与其他类型称重传感器的比较:

　其他主要类型的称重传感器和应力/应变测量元件是电阻式、电感式和电容式称重传感器。这些类型的称重传感器不是直接输出电压，而是更大电路（通常是RLC电路，取决于被测负载）的一部分，当施加应变时，它们会改变电路中的电压/电流。在施加的应变下，电阻式、电感式和电容式称重传感器分别经历电阻、电感或电容的变化。

　这三种应变测量装置不直接输出电压/电流。相反，它们连接到外部电源和测量单元（例如ADC）。这些不同类型的应变传感单元的简要比较如下表所示。

　请注意，我们在本文中讨论了压缩称重传感器，但这些称重传感器也可以构建为拉伸称重传感器。在这种情况下，施加的负载会拉伸设备并产生输出信号。无论您使用哪种类型的电路，设计策略都是相似的。在围绕它设计电路之前，您需要自行了解设备的输出灵敏度和频率范围。这些器件设计中的主要仿真工具是频率和参数扫描。