2. 称重传感器与信号链

包装机要完成“按重量下料”，第一步不是控制算法，而是把料斗里的重量可靠地变成控制器能读的数字。这条从物理重量到数字量的通路就是称重信号链。理解它，才能在出现“零点漂移”“称重跳数”“小重量不准”时判断问题出在传感器、放大电路还是A/D转换环节。

应变式传感器：把形变变成电阻变化

包装秤最常用的是电阻应变式称重传感器。其核心是粘贴在弹性体上的应变片：弹性体受力弯曲时，一侧被拉伸、一侧被压缩，应变片随之伸长或缩短，金属丝电阻发生变化。电阻相对变化量与应变量成正比，即 ΔR/R = K·ε，K 为应变片灵敏系数，典型值约 2。由于变化量极小（微应变级），单靠一片应变片无法直接使用，工程上采用惠斯通电桥把电阻变化转换为电压输出。

电桥四个桥臂接入应变片，常采用全桥结构：两片受拉、两片受压，对称布置。这样不仅输出灵敏度是单片的数倍，还能自动补偿温度引起的同向电阻漂移和部分非线性。电桥输出近似为：

Uout ≈ Uex · (ΔR/R) / 4 = Uex · K · ε / 4

其中 Uex 为激励电压。以常见参数为例：激励 5 V、额定载荷 100 kg、灵敏度 2 mV/V，则满量程输出为 5 V × 2 mV/V = 10 mV。也就是说，100 kg 重量只对应 10 mV 电压，每 1 kg 仅约 0.1 mV。这就是为什么信号必须先放大再转换。

信号放大：仪表放大器承担小信号调理

称重信号属于典型的低电平、高共模、含工频干扰的信号。放大环节通常选用仪表放大器（如 AD620、INA333 一类器件），原因有三：输入阻抗高，不会加载电桥；共模抑制比高，可抑制长线引入的共模干扰；增益由单只电阻设定，便于校准。增益公式为 G = 1 + 49.4 kΩ / Rg（以 AD620 为例）。若希望把 10 mV 满量程放大到约 2 V 供 A/D 使用，需要 G ≈ 200，则 Rg ≈ 49.4 kΩ / 199 ≈ 248 Ω，实际取 249 Ω 标准电阻即可。

放大电路还需注意几点：电桥激励建议采用稳压或恒流源，激励波动会直接按比例反映到输出；信号线使用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地；在放大器输入端加 RC 低通滤波抑制高频干扰；放大倍数不宜一味求大，应结合 A/D 满量程留出 20%～30% 余量，避免冲击载荷饱和削顶。

A/D转换：把模拟电压变成可计算的数字量

包装秤普遍采用 Σ-Δ 型 A/D 转换器，因为它分辨率高、内置可编程增益放大器、抗工频干扰能力强。关键参数是有效位数与转换速率。以 24 位 A/D、内部增益 128、参考电压 2.5 V 为例，其输入满量程约为 ±2.5 V / 128 ≈ ±19.5 mV，最小可分辨电压约为 39 mV / 2²⁴ ≈ 2.3 nV（理论值）。实际有效位数受噪声限制，通常为 19～21 位，但仍足以分辨 100 kg 量程下几克的重量变化。

转换速率与滤波需权衡：速率越高，更新越快但噪声越大；包装机称重通常在 10～80 Hz 输出速率下工作，配合 50 Hz 陷波滤波抑制工频干扰。A/D 输出的原始码值还需经标定转换为重量：先记录空秤码值 W₀，再放标准砝码记录码值 W₁，得到比例系数 k = 砝码重量 / (W₁ − W₀)，之后任意码值 W 对应重量为 (W − W₀) × k。这一步把“电信号”真正变成了“克与千克”。

典型链路分析与现场判断

把上述环节串起来看，一条典型包装机称重链路是：料斗→传感器→屏蔽电缆→接线盒→仪表放大器→滤波→Σ-Δ A/D→标定换算→控制器。每一环都有明确的信号量级和误差来源。例如传感器输出 10 mV，经 200 倍放大到 2 V，A/D 参考 2.5 V，此时余量约 20%，属于合理设计；若放大到 2.4 V 以上，遇到下料冲击就容易饱和，表现为大重量时读数“卡住不涨”。

现场排查可按信号量级逐级测量：用万用表测传感器输出，空秤应接近 0 mV，加载标准砝码后按 0.1 mV/kg 估算是否吻合；若传感器输出正常而 A/D 码值不变化，问题在放大或转换环节；若码值随温度缓慢漂移，优先检查激励电源稳定性与接线盒受潮。标定时务必使用接近实际称量范围的标准砝码，并至少取空秤和满量程两点，必要时增加中间点检验线性。只有信号链每一级的量级、增益和滤波都匹配，后续的误差校正才有可靠的数据基础。