稱重傳感器結(jié)構(gòu)與邊界設(shè)計(jì)原則

 稱重傳感器結(jié)構(gòu)與邊界設(shè)計(jì)原則

    上述稱重傳感器定義的含義是假定在彈性元件的應(yīng)變區(qū)內(nèi)，應(yīng)變程度與所施加載荷成線性關(guān)

系。換句話說，理想稱重傳感器的特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是應(yīng)變和載荷成較嚴(yán)格的線性關(guān)系，達(dá)到此種目標(biāo)正是

所有稱重傳感器彈性元件設(shè)計(jì)的中心所在。完成這一任務(wù)的困難在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算上和一些經(jīng)濟(jì)

上的限制，只有遵循稱重傳感器研制、生產(chǎn)規(guī)律和彈性元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與邊界選擇原則，才能同時(shí)解

決上述限制，克服各種因素的綜合影響，生產(chǎn)出性能波動(dòng)最小的稱重傳感器。歸納起來，稱重傳感

器結(jié)構(gòu)與邊界的設(shè)計(jì)原則是：

    (1)彈性元件盡量設(shè)計(jì)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫B接件之間的摩擦和位移都可以引起非線性和

離散性。不允許采用焊接結(jié)構(gòu)的彈性元件，由于殘余應(yīng)力和焊接后效可能減少疲勞壽命，并助長微

塑性變形。

    (2)由于稱重傳感器的電路輸出取決于彈性元件應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變程度，在整個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)敏感

柵區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變程度應(yīng)該是均勻的，所以要求彈性元件應(yīng)變區(qū)受力單一，應(yīng)力分布均勻。

    (3)彈性元件應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變程度不應(yīng)太高，應(yīng)變區(qū)以外不得有最高應(yīng)力分布區(qū)和應(yīng)力集中點(diǎn)。

因?yàn)榉Q重傳感器的非線性、滯后、蠕變誤差和疲勞壽命等，都隨彈性元件應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變程度高低而

變化，即隨應(yīng)變程度變低減至最小而獲得改善。應(yīng)變區(qū)較低的應(yīng)力、應(yīng)變意味著對(duì)理想線性彈性性

能的偏差最小，也意味著彈性元件有較大的剛度和較高的固有頻率。為滿足靈敏度2mV/V，一般

應(yīng)變量控制在1 100×10-6左右。特別要處理好方框平行梁的根部和S形彈性元件輔助梁圓弧處的應(yīng)

力集中。

    (4)彈性元件邊界條件是影響稱重傳感器性能的重要因素，支承區(qū)盡量形成剛性固定，安裝

力遠(yuǎn)離應(yīng)變區(qū)，必要時(shí)采用柔性隔離技術(shù)，克服支撐區(qū)附加力的影響。

    (5)彈性元件載荷引入方式是影響稱重傳感器性熊的連一個(gè)重要因素，加載、承載的壓頭、

壓墊設(shè)計(jì)，應(yīng)使加載線與彈性元件中心線重合，保證加載點(diǎn)穩(wěn)定不變。

    (6)彈性元件的結(jié)構(gòu)和外殼設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量消除或減少力學(xué)干擾因素（橫向載荷、彎矩、扭矩）

的影響，把性能波動(dòng)減至最小。因?yàn)�，彈性元件受到任何附加載荷的影響，必然伴隨出現(xiàn)一定程度

的非線性誤差。稱重傳感器抗側(cè)向和偏心載荷的能力強(qiáng)，不僅保證加載軸線對(duì)中好，而且有助于把

非線性誤差減至最小。

    (7)充分考慮電阻應(yīng)變計(jì)粘貼的方便性和經(jīng)濟(jì)性，要求彈性元件應(yīng)變區(qū)貼片表面盡量為平面，

保證劃線精度和容易安裝加壓夾具。

    (8)彈性元件粘貼電阻應(yīng)變計(jì)處，應(yīng)便于防護(hù)、密封作業(yè)。采用焊接密封的稱重傳感器，要

求焊接膜片的結(jié)構(gòu)、剛度及焊接坡口設(shè)計(jì)合理，不影響或少影響靈敏度，保證焊接密封質(zhì)量。

    (9)應(yīng)變利用系數(shù)C=￡Cp／￡m。。（電阻應(yīng)變計(jì)測量的平均應(yīng)變與最大應(yīng)變之比）越大越好。例如

雙孔平行梁結(jié)構(gòu)孔的尺寸越小，應(yīng)變敏感元件的尺寸越大，C就越小，因此應(yīng)盡量增大孔的直徑或

設(shè)計(jì)成扁圓孔。剪切式彈性元件由于拉、壓主應(yīng)變相同且沿軸線不變化，C接近于1，是理想的彈

性元件結(jié)構(gòu)。

    (10)在電子衡器和電子稱重系統(tǒng)中，稱重傳感器失效最常見的原因是過裁。若彈性元件結(jié)構(gòu)

及附件條件允許，盡量采取過載保護(hù)措施，提高稱重傳感器工作的安全可靠性。

    (11)彈性元件與其邊界承載壓頭、底墊、安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一考慮，進(jìn)行技術(shù)密集型組合，

各部件結(jié)構(gòu)形狀、制造材料、加工方法、熱處理工藝需要合理匹配。

    (12)連接、摩擦接觸、緊固或任何非整體狀態(tài)都成為潛在的問題，所以彈性元件、壓頭、壓

墊、外殼等設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮散熱問題。即彈性元件應(yīng)有足夠的熱轉(zhuǎn)換以防止電阻應(yīng)變計(jì)自熱，如果

其溫度比彈性元件高，那怕只差0.1℃，就可能難以達(dá)到穩(wěn)定的性能。在電阻應(yīng)變計(jì)和補(bǔ)償電阻面

積上的任何溫度梯度，都能引起零點(diǎn)溫度漂移或標(biāo)定結(jié)果的變化。

    (13)在彈性元件結(jié)構(gòu)及邊界設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)考慮制造工藝，特別是機(jī)械加工和熱處理工藝，

作到設(shè)計(jì)為可制造性服務(wù)。

    (14)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮稱重傳感器的可靠性。即明確稱重傳感器的可靠性設(shè)計(jì)，就是

考慮可靠性的稱重傳感器設(shè)計(jì)，不存在獨(dú)立于稱重傳感器設(shè)計(jì)之外的可靠性設(shè)計(jì)。