称重传感器是一种用于测量力的装置。当受到外力作用时，它会在输出端产生一个电信号。应变片式称重传感器是最常见的类型之一，用于测量重量。本文将介绍称重传感器的工作原理及其各项规格。
什么是称重传感器？
称重传感器是一种力传感器（Force Transducer）。传感器是将能量形式转换为可读电信号的装置。具体来说，称重传感器将力转换为可由电子设备读取的电压。日常生活中最常用的称重传感器是应变片式（strain gauge），它几乎存在于所有测量重量的设备中。
称重传感器如何工作？
称重传感器内部包含附着在柔性基底上的极细电阻材料。当外力作用于称重传感器的本体时，柔性基底会发生形变，迫使电阻材料随之变形。由于电阻条的尺寸发生变化，其电阻值也随之改变。
然而，电阻的变化量相对于材料的原始总电阻来说非常小——通常在1:100的量级。这使得直接测量绝对电阻值非常困难。因此，柔性基底上的电阻材料被排列成一种称为惠斯通电桥（Wheatstone bridge）的电路结构。惠斯通电桥（以其推广者查尔斯·惠斯通爵士命名）是一种钻石形状的电阻排列，每条边上都有一个电阻器，如下图所示：
将一个激励电压施加在钻石形状的两个对角上，就可以从另外一对对角之间读取输出电压信号。通常，在未施加外力时，所有电阻器的阻值都相同。惠斯通电桥的每个“桥臂”都是一个电阻分压器。由于所有电阻都相等，每个桥臂的输出电压也相等——这意味着输出为0V，因为输出点位于每个分压器的中间。当施加外力时，其中一个电阻的阻值发生变化，从而改变该桥臂上的电压。这导致输出端出现一个微小的电压差。
如何使用称重传感器？
称重传感器的输出电压非常小，并且来自高阻抗源（即电阻分压器）——因此，为了准确读取电压，必须进行信号调理。信号调理电路必须具备高输入阻抗，以免对分压器造成负载效应；同时还需要具备高共模抑制比，因为每个桥臂上的绝对电压是激励电压的一半；此外，还需要有较高的差分增益。这需要使用仪表放大器，它能满足上述所有条件。下图展示了一个示例电路，使用增益为100的AD620仪表放大器，这意味着每1mV的输入电压将产生100mV的输出。例如，如果电桥的满量程输出为±25mV，则放大器的输出将为±2.5V。
数字信号的称重传感器
为了解决模拟信号称重传感器的使用过程中对技术要求较高的缺点，可以选择UART、RS485等数字量接口的称重传感器，它支持标准的MODBUS-RTU通讯协议，可以方便的连接PLC、电脑、显示模块和无线数传单元等设备。
