纳米称重传感器（什么是纳米传感器）
称重传感器是干什么用的？
随着技术的进步，由称重传感器制成的电子衡器已广泛应用于各行各业，以实现对物料的快速准确称重。特别是随着微处理器的出现和工业生产过程自动化程度的不断提高，称重传感器已经成为过程控制中的必要设备，从以前无法称重的大型储罐和料斗的重量测量到起重机秤和汽车秤的测量控制。称重传感器已应用于配料系统，用于混合和分配各种原材料、生产过程中的自动检测和粉末进料速度的控制。目前，称重传感器已应用于几乎所有称重领域。1.高速定量包装系统该系统通过微型计算机控制称重传感器的称重和比对，并输出控制信号进行定值称重，控制外部进料系统的运行，完成自动称重和快速包装的任务。该系统采用MCS-51单片机、V/F电压变频器等电子设备。其硬件电路图如图1所示。8031用作中央处理器，BCD拨号盘用作设置固定值的输入设备。材料被装入料斗。它的重量使传感器弹性体变形，并输出与重量成比例的电信号。传感器输出信号经放大器放大后，输入到模数转换器进行模数转换。转换后的频率信号直接送到8031微处理器，其数字量由微机处理。一方面，微机将物体重量的瞬时数字量送入显示电路，显示瞬时物体重量；另一方面，它进行称重比较，并进行一系列称重定值控制，如打开和关闭加料口，将物料卸入箱内等。图1整个定值分装控制系统的原理框图，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重传感器。四个电阻应变仪组成了一个全桥电路。在施加的桥压不变的情况下，传感器的输出信号与作用在传感器上的重力和桥压成正比。此外，电桥压力U的变化直接影响电子秤的测量精度，因此要求电桥压力稳定。毫伏传感器的输出经过放大后，变成0-10V的电压信号输出，送至电压/频率转换器进行模数转换。从其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数和输入端T1。定时器0用作微型计算机内部的计数定时，定时器0的定时时间由所需的模数转换分辨率设置。定时器1的计数值反映了测得的电压，即材料的重量。在显示的同时，计算机还根据设定值和测量值判断固定值。将测量值与给定值进行比较，取其差值提供PID运算，当重量不足时，继续给料并显示测量值。一旦重量等于或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部进料设备停止进料，显示测量的最终值，然后发出应答指令，指示袋装物料完成，可以进行下袋的装载和称重。图2显示了自动称重和充电装置。每个装满的盒子或袋子沿着传送带移动，直到传送带停止在包含材料的电子秤下面移动，电磁线圈2通电，电子秤料斗翻转，使得材料全部倒入盒子或袋子中，当材料倒出时，传送带马达再次通电，装满的盒子或袋子被移出， 保护传送带继续运行，直到光电传感器的光源被next 空包或空盒切断，同时电子秤料盒复位。 当电磁线圈1通电时，料斗自动给电子秤供料，重量由微机控制。当电子秤中的材料等于给定值时，电磁线圈1断电，料斗门被弹簧力关闭。充电系统开始下一个充电周期。当料斗中有足够的材料且传送带上有足够的箱子时，该过程可以继续。必要时，操作员可以随时停止传送带，通过刻度盘输入不同的给定值，然后再次开始改变箱子或袋子的重量。图2自动称重和加料装置该系统使用不同的传感器并改变称重范围，可用于水泥、糖、面粉加工等行业的自动包装。2.传感器在商用电子秤中的应用目前，商用电子秤非常流行，并将逐步取代传统的杆秤和机械秤。电子计价秤在秤体结构上有一个显著的特点:一个相对较大的秤体，中间只安装一个专门设计的传感器来承受物料的总重量。图3显示了定价表内部结构的示意图。常用的电子称重传感器的结构如图4所示，其中图4(a)为双连接椭圆孔弹性体，称重盘用悬臂梁端上平面上的两个螺孔紧固；图4(b)是梅花型四孔弹性体。秤盘牢固，悬臂梁端部侧面有三个螺孔，中间支撑杆上粘贴有用于补偿的应变片。这两种类型的传感器最常用于价格评估。图4(c)是三梁弯曲弹性体，其对弯曲应力进行取样，并且对重量响应敏感。它适用于制作小型称重和定价秤。图4(d)是三梁剪切弹性体。对中间敏感梁的剪应力进行采样，适用于制作重量范围为几百公斤的称重秤。图4价格秤的弹性体结构使用这些复杂的梁式高精度传感器来支撑大型称重平台。称重后的砝码可能被放置在任何称重平台的任何位置，这将不可避免地产生四角指示误差。对于图4(a)和4 (b)的传感器，角度差可以通过归档来校正。对于图4(c)和4 (d)，它具有上部和下部部分弱化的柔性辅助梁，使得传感器对侧向力、侧向力和扭矩具有很强的抵抗力。传感器的灵敏度系数和四角误差可以通过填充辅助梁的柔性部分来调节。图5是商业电子定价秤的电路框图。传感器采用图4(b)所示的梅花四孔结构。该秤具有调零、自动剔除单价、自动跟踪零位、自动去皮、数字累计和金额累计、打印输出等功能。7段绿色荧光数码管显示器使用非常方便。图5是电子计价秤的电路框图。图6是由CHBL3 s型双孔弹性体称重传感器制成的便携式家用电子便携秤的示意图，由称重传感器、放大电路、模数转换和液晶显示器四部分组成。图中，e为9V叠层电池，R1-R4为称重传感器的四个电阻应变片，R5、R6和W1构成调零电路。当负载为零时，调整RW1使液晶显示器显示为零。A1和A2是双运算放大器集成电路LM358中的两个单元电路，形成对称的同相放大器。模数转换器采用ICL7106双积分型模数转换器，液晶显示器采用31/2液晶显示芯片。该电子秤精度高，简单实用，便于携带。称重传感器是一种高精度传感器，必须按照规定的规格使用。如果不按规定的规格使用，不仅不能起到称重的作用，而且容易损坏，特别是绝对不允许超过负载安全值。图6温度变化对电桥零点、输出和灵敏度影响的便携式秤的电路框图，即使使用同一批应变片，也会因应变片之间温度特性的微小差异而产生误差。因此，必须对要求更高精度的传感器进行温度补偿。解决方法是在粘贴的基板上使用具有适当温度系数的自动补偿板，并从外部对其进行适当补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。非线性误差有许多原因。一般来说，它们主要由结构设计决定，也可以通过线性补偿来改善。滞后和蠕变是与应变计和粘合剂相关的误差。由于粘合剂是一种聚合物材料，其特性随温度变化很大，因此称重传感器必须在规定的温度范围内使用。当传感器在户外使用时，还应考虑阳光直射引起的温度和风压的影响。
什么是纳米传感器
纳米技术是研究尺寸为01 ~ 100纳米的材料组成系统的运动规律和相互作用以及实际应用中可能出现的技术问题的科学技术。纳米技术的发展不仅为传感器提供了优异的敏感材料，如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等。，也为传感器制造提供了许多新的方法，如扫描隧道显微镜、纳米技术中的关键技术、微机电系统技术等。与传统传感器相比，纳米传感器在尺寸减小和精度提高等方面有了很大的提高。更重要的是，传感器是利用纳米技术在原子尺度上制作的，极大地丰富了传感器的理论，提升了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器已广泛应用于生物、化学、机械、航空、军事等领域。湖南长沙索普测控技术有限公司成功研制出电阻应变式纳米压力传感器。该电阻应变式纳米薄膜压力传感器测量精度高、灵敏度高、体积小、重量轻、安装维护方便，是一种稳定可靠的测量压力参数的科技创新产品。利用一些纳米材料的巨磁电阻效应，科学家们开发了各种纳米磁传感器[2]。在生物传感器中，纳米粒子、多孔纳米结构和纳米器件已经获得了令人满意的应用[3]。在光纤传感器的基础上开发的纳米光纤生物传感器不仅具有光纤传感器的优点，而且由于传感器的尺寸只取决于探头的尺寸，大大减小了微传感器的体积，大大缩短了响应时间，满足了单细胞[4]内微侵入实时动态测量的要求。纳米气体传感器的研究现状随着工业生产和环境检测的迫切需要，纳米气体传感器取得了长足的进步。零维金属氧化物半导体纳米粒子、碳纳米管和二维纳米薄膜可以作为敏感材料形成气体传感器。这是因为纳米气体传感器比传统传感器具有不可替代的优势:首先，纳米固体材料具有巨大的界面并提供大量的气体通道，从而大大提高了灵敏度；第二，工作温度大大降低。第三，传感器的尺寸已经大大减小。2.1基于金属氧化物半导体纳米粒子的纳米气体传感器在气体传感器的研究中，主要方向之一是通过改变敏感材料(如以二氧化锡、氧化锌、二氧化钛和氧化铁为代表的金属氧化物半导体气敏材料)在气体环境中的电导来制作气体传感器。目前，实用的气体传感器是由纳米二氧化锡薄膜制成，用作可燃气体泄漏报警器和湿度传感器。在这些纳米敏感材料中加入贵金属纳米粒子(如铂和钯)，大大提高了选择性，提高了灵敏度，降低了工作温度。其性能的具体改善与添加的贵金属纳米粒子的粒度、化学状态和分布有关。北京大学的王元等人[6]用二氧化钛/二氧化钛光催化剂双层纳米薄膜作为敏感材料制作了一种气体传感器来检测氢气。该敏感材料的制备方法包括以下步骤:首先，覆盖一层由铂纳米粒子组成的表面氧化的多孔连续薄膜，其中铂纳米粒子的直径约为13纳米，薄膜厚度约为100纳米；然后在PtO-Pt薄膜上覆盖二氧化钛薄膜，二氧化钛纳米粒子的直径为34 ~ 54纳米，平均直径为41纳米。该传感器的工作温度为180 ~ 200℃，采用PtO-Pt多孔膜作为催化剂，使二氧化钛纳米膜对氢气产生部分还原，因此即使在一氧化碳、氨气、甲烷等还原性气体存在的情况下，该传感器对0+气体中的氢气也表现出很高的灵敏度和选择性。与以前的钛基氢传感器相比，它有了很大的改进。Ra ≤ ld √ az等[7]通过金属化学镀在二氧化锡纳米粒子表面沉积铂。结果表明，该方法有助于提高气体传感器催化剂的性能。铂和钯作为两种主要的贵金属添加剂，与基体的相互作用不同。钯倾向于嵌入纳米尺寸的二氧化锡颗粒，而铂倾向于形成大的金属粒子簇。与传统方法相比，化学沉积形成的催化剂的不同化学状态为研究催化剂对气体检测机理的影响提供了一种新的方法。2.2由单壁碳纳米管制成的碳纳米管具有一定的吸附特性。当被吸附的气体分子与碳纳米管相互作用时，改变它们的费米能级会导致它们宏观电阻的巨大变化。通过检测气体电阻的变化来检测气体成分。因此，单壁碳纳米管可以用作气体传感器。孔等[8]可以通过化学气相沉积在分散有催化剂的二氧化硅/硅基底上制备单壁碳纳米管。如图1(a)所示，当使用两种金属连接sswnt时，形成金属/sswnt/金属结构，显示p型晶体管的特性。气体检测试验是将SWNT样品置于一个密封的500毫升有电引线的玻璃瓶中，以700毫升/分钟的流速引入稀释在空气体或氩气中的NO2 ((2 ~ 200) × 10-6)或NH3 (01% ~ 1%)。检测了SWNT电阻的变化，得到的电流/电压关系曲线如图1(b)和(c)所示。在NH3气氛中，电导可以降低两个数量级，而在NO2气氛中，电导可以增加三个数量级。其工作机制是当置于NH3气氛中时，半导体单壁碳纳米管的价带偏离费米能级，导致空空穴的损失，导致更小的电导。然而，在NO2气氛中，价带更接近费米能级，导致空空穴中的电荷载流子增加，从而其电导增加。由于金属//SWNT//金属结构类似于以空空穴为主载流子的场效应晶体管，当源极和漏极之间的电压恒定时，电流随着栅极电压的增加而减小(如图2所示)。在图2中，曲线b是不引入任何气体的电网电压-电流关系曲线，曲线a和c的电网电压-电流关系曲线分别在NH3和NO2气氛中测量。当没有引入气体时，当栅极电压为0V时，电流为15μ A，当引入NH3时，电流几乎变为0A。然后，如果测量NH3气体，我们将初始栅极电压设置为0V，样品的电导将从上图降低两个数量级。如果测量到NO2气体，首先将栅极电压设置为+4V，并且在引入NO2气体之前电流几乎为零。引入NO2后，电流大大增加，电导增加了3个数量级。这可以使传感器在复杂的气体环境中具有选择性。
什么是常见的称重传感器
称重传感器属于力传感器。过去，家用力传感器没有被分开，但现在称重传感器专门用于称重仪器(秤)。称重传感器可以加上“称重传感器”的前缀，以根据目的或结构解释目的、结构或原理。如地磅称重传感器(应用)、梁式称重传感器(结构)、电容式称重传感器(原理)、梁式应变电阻称重传感器。根据语言习惯，上面的一些名字将被省略，尤其是在英语口语中。例如，梁式应变电阻称重传感器被称为梁式传感器，因为大多数梁式传感器采用应变电阻原理，而梁式传感器是力传感器的常见结构。这样，根据传感器的用途、结构和原理，以及排列和组合的结果，称重传感器将有n个以上的名称。现代物联网农业中所谓的普通传感器实际上是配置在农业智能温室环境监测系统中的无线传感器，主要包括无线温湿度传感器、无线温度传感器、无线0+气体质量传感器、无线土壤温湿度传感器、无线土壤湿度传感器、无线二氧化碳传感器、无线照度传感器、无线氧气传感器等。根据不同类型和不同规模的温室，选择合适类型的无线传感器。
天平上使用的力传感器。电阻应变式称重传感器的原理是将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可测量的输出信号。重力加速度和空空气浮力对不同使用位置转换的影响。称重传感器的性能指标主要包括线性误差、迟滞误差、重复性误差、蠕变、零温度特性、灵敏度温度特性等。