前言：
全电射出成型机的优点除了省电以外，就是射胶VP切换的准确性与成品安定性，要达成这样的目标除了要有很好的控制技术还要有准确感测元件。Load Cell中文名称为负荷元或是荷重元，它是全电射出成型机的重要元件，射胶的压力感测、加料背压都是靠它来感测的，Load Cell如何感测力量? 原理为何? 以下由此文章作介绍。
由来：
Load Cell在日常生活中到处都可以看的到，它的种类型式的发展愈来愈迅速，如负荷元应变计（Strain Gauge Load Cell）如图1、油压应变计（Hydraulic Load Cell）如图2、挠曲版式（Bending Plate with Strain Gauge）、电容式（Capacitive Weigh mats/Strip）、压晶体管（Piezoelectric Cable/Film）等。
图1 应变计
图2 油压应变计
全电机压力量测所安装感测元件是以图1类型的Load Cell为主。
作动说明：
应变计(Strain Gage)是利用元件之电阻值依弯曲、变形程度而变化之特性做成的一种计测器。然而应变计测量应变或应力时，是将应变计黏贴在被测物体上。在外力作用下，被测物体表面产生微小变形，黏贴在其表面上的应变计也随其产生相同的变化，因此应变计之电阻也产生相同的变化。
原理简介：
由物理特性得知，一根金属导线的电阻为R，长度为L，截面积为A，电阻系数为ρ，而电阻值的计算可由下列公式(式1)求得。
(式1)
当导线受到拉力时，导线会被拉长，截面积会缩小，因为同一导线所以相同，拉伸后的导线长度L变长，截面积A变小，所以电阻值的变化将会大于原本的电阻值，在通已电流就能在示波器上明显看出有所不同。
在应变计电阻变化的感测是使用惠斯顿电桥(图3)来做检出，而在惠斯顿电桥的应用上也分成三种不一样的用法，例如将一个电阻更换成应变计、两个更换成应变计或全部更换成应变计。
图3 惠斯顿电 图4 应变计阻值变化nextpage
惠斯顿电桥平衡原理系由四个适当电阻结合电源所组成的电路，理想平衡状态下：时，电桥电压的输出为零，如果其中一个电阻更换成应变计，而其它三臂所用之电阻与应变计之电阻值相同，可以求，另外如果四个电阻全更换成应变计，当外力作用时，T为拉伸力量的应变计，C为压缩力量的应变计，经电桥电路计算后，四个应变计的输出电压为一个应变计的四倍，即，以上便是利用不同搭配组合来制做不一样的Load Cell以达到各种使用上的需求。
应变计的构造：
标准典型的应变规是一个只有几微米厚度金属阻抗薄，片固著在一片电子绝缘材料上使用一特定的接著剂。为适合所需的外形，在照相蚀刻过程中已将不需要的部份去除掉，如此输出阻抗改变值的导线就可以固定了。应变计阻抗一般设计为120Ω与350Ω。应变计的型式有两种:线状(Wire)与箔状(foil)，两者的基本特性相同，均对应变(作用力)有产生对应之电阻变化，而应变计对应变之灵敏度为单方向，即只有一个方向施力才对应变发生反应。(图5)为普通一般应变计，它提供上述之特性，由图中可看出导线来回圈折的设计，当力量作用于灵敏方向时，长度增加量可提供足够的电阻变化。若应变作用在(图5)之垂直方向，导线长度变化并不明显，故电阻变化极小，所以只有在水平加作用力才能改变导线长度。
图5 应变计形式
但是单单的水平方向运动并不能让应变计达到各种量测器具的需求，更无法使其克服热改变电阻的变化，所以会利用上述的桥式电路来消除温度对应变计所引起的电阻变化，利用(图6)的方式，由虚应变计(Dummy SG)来提供温度补偿，并安装在动作应变计(Active SG)的不灵敏的方向，如(图7)。
图6 桥式设计方式 图7 应变计放置方式
利用此电压变化的物理量再经过ADC转换为数码讯号后，就可从显示器显示出来应变的变化结果。但是此电压变化的大小为mV的电压讯号(因为ΔR的变化量远小于R)，所以要做一个高精度的Load Cell，处里的讯号将接近于0.1mV，因此ADC的抗杂讯性能无法达到要求，势必要将电压讯号先经过一级OP的放大，来达到精度要求。但经过OP放大的讯号所要考虑的因数就的复杂多了，除了OP本身的性能要求是否能达到外，还要考虑外围的电阻元件是否能克服温度变化的要求，如此作法的成本就相对性的会提高很多。
结论：
从以上说明得知Load Cell是很精密的仪器，量测的电压都是很小的单位变化量，所以温度或电路杂讯干扰都会影响到Load Cell的准确度。因此除了Load Cell本身的抗温度变化和抗杂讯干扰要好，安装在机台上时更要考量到机台的热和电路杂讯会不会影响到Load Cell，如何选择Load Cell规格及做好Load Cell的抗干扰保护，都是我们必须克服的问题，只要在这一方面做好，机台在量测料管压力时可以获得良好回馈讯号，因此在保压与背压控制上就能有很好的表现。
