惠斯通电桥称重传感器检测原理

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1. 惠斯通电桥原理

惠斯通电桥各个臂上电阻变化时，计算过程如下图所示：

• 单个臂变化时δv = 1/4(δr/r)
• 两个臂变化时δv = 1/2(δr/r)
• 四个臂变化时δv = δr/r
• 多臂变化时，r1、r3同步增减；r2、r4同步增减
  

1.1 应变片

把电阻应变片作为惠斯通电桥中的电阻，则相应的电路如下图所示。

1.2 常见电子秤传感器

电子秤传感器种类很多，按照量程范围大致分为

• 小量程（＜5kg）：生活中常见的厨房秤、珠宝/黄金秤等
• 一般量程（＜50kg）：体重秤等
• 大量程（＞50kg）：地磅等

1.2.1 小量程电子秤传感器

一般为悬臂式结构，如下图所示，电阻应变片贴在悬臂的上下两侧

1.2.2 一般量程电子秤传感器

一般为e型或者g型结构，如下图所示，

桥臂上贴了两个应变片，为半桥式结构，如下图所示

内部有两个1kω的应变片，量程为50kg。测量时外侧边施加外力，e字形传感器的应变梁部分和外侧边形成一个方向相反的力，中间的应变梁发生弯曲变形。e型传感器有三种使用方式：

• 用一只传感器配合外接高精度电阻组成全桥测量，量程为一个传感器的量程：50kg，对外接电阻要求较高；
• 用两只传感器组成全桥测量，量程为两只传感器的量程之和：100kg；
• 用四只传感器组成全桥测量，量程为四只传感器的量程之和：200kg；
  
  
  
  

2. hx711检测电路

hx711是一款高精度24位a/d转换芯片，集成了稳压电源、片内时钟振荡器、数字通信功能。专为电子秤设计，提高了整机的性能和可靠性。内部框图如下：

官方推荐原理图设计如下图。淘宝上有很多做好的hx711模块，可以直接买过来做测试使用。

3. 程序要点

platformio的库中有hx711的驱动和例程，可以方便的调用。

编程注意：

• 启动后需要先采集初始值offset，后续实际测量值要减去offset
• 测量值-offset后，要除以一个scaler，计算出来的值才是实际重量
• 最好用标准砝码做校准

测试

家里一个厨房秤坏了，拆开检测问题。现象：开机后一直显示0g，无论放多重的物体都是0g。
拆机如下图：
在这里插入图片描述

1. 拆下来e型传感器单独测试：红白间电阻1k，红蓝间电阻1k，白蓝间电阻2k。正常
2. 单独将4个e型传感器连接成惠斯通全桥，检测各点电阻：e+与e-电阻2k，v+与v-电阻2k，e+与v-1.5k，e+与v+1.5k，正常。
3. 将惠斯通全桥接到hx711模块单独测试：发现读取回来的值一直是-8388608。说明e型传感器已经变形，超出测量范围。在开机启动的时候经过去皮处理，就一直显示0g了。
4. 更换悬臂型传感器到厨房秤电路上后，读数开始变化，不再是0g

结论：e型传感器坏了，可能是使用过程中放了超过量程的重物，导致传感器永久变形了。

问题

拆解e型传感器如下图所示：


问题：

1. 上图中应变片贴在上桥臂上，向下压时，应变片拉长，电阻变大。但是半桥中，应该是一个r变大，一个r变小，如何实现？

参考

1. https://blog.csdn.net/weixin_41659040/article/details/111753439