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關于小型橋式傳感器的研究和分析

【摘 要】 本文針對目前衡器市場上出現(xiàn)的小型橋式傳感器，重點分析該類傳感器在市場應

用過程中的特性和出現(xiàn)的問題，并根據(jù)這些問題對常規(guī)橋式傳感器和小型橋式傳感器通過有限元I-DEAS進行有效的模擬仿真和詳細比較，從而驗證小型橋式傳感器和常規(guī)橋式傳感器之間在使用過程中出現(xiàn)的差異，進一步從實踐和理論分析相結合的角度為傳感器在安裝過程中提出一些積極的應用意見和建議。

一、引言

目前國內(nèi)對雙剪梁型稱重傳感器的研究已經(jīng)很多，參考文獻1中講述了彈性體的應變與外加載荷有較好的線性，彈性體的結構參數(shù)、載荷等各種因素對貼片區(qū)應變的影響。參考文獻2中詳細闡述了貼片區(qū)應力、應變對整個彈性體性能的影響。參考文獻3中作者重點論述了雙剪梁型稱重傳感器滯后誤差產(chǎn)生的原因，提出減小或消除稱重傳感器的接觸滯后誤差的方法。可見，關于雙剪梁式稱重傳感器的研究資料已經(jīng)很多，各生產(chǎn)廠家也是不勝枚舉，常規(guī)橋式傳感器已經(jīng)普及化，通過精細化控制達到最高的性價比是市場競爭之重點。在這種情況下，橋式傳感器的競爭就是成本和服務的競爭，最終衡器市場上出現(xiàn)了不斷縮小體積尺寸的小型橋式傳感器。本文重點介紹目前市場上各種小型橋式傳感器的使用情況，并對存在的問題進行深入分析，給出一些應用或選型的參考性建議。

二、小型橋式傳感器在市場上的應用情況

目前衡器市場上小型橋式傳感器大致分幾種：小型橋式傳感器A采用一體式彈性體結構，螺桿從上部連接底板和彈性體；小型橋式傳感器B采用一體式結構，螺桿從下部連接底板和彈性體。小型橋式傳感器C采用鉸支結構，通過螺桿從上部和支撐輥連接底板和彈性體。無論哪類小型橋式傳感器都是為了降低成本而采取的彈性體小型化設計，去除了所謂的強度冗余結構，從而減小了產(chǎn)品體積，降低了鋼材消耗成本。下面是相同量程的幾種小型橋式傳感器外形尺寸與常規(guī)橋式傳感器外形尺寸的比較。

小型橋式傳感器和常規(guī)橋式傳感器主要尺寸比較種類

彈性體外形（長×寬×高）(mm)

貼片孔距(mm)

常規(guī)橋式傳感器

240×52×56

80

小型橋式傳感器A

160×76×52

70

小型橋式傳感器B

160×85×56

68

小型橋式傳感器C

190×52×48

75

目前上表中的小型橋式傳感器生產(chǎn)廠家已有好幾家，市場上使用小型橋式傳感器的衡器廠家雖然不是很多，但也有一部分試用客戶，根據(jù)這些客戶收集的意見大致有幾種情況：小型橋式傳感器用在大量程（60t以上）承載器（以下簡稱秤臺）上會出現(xiàn)線性不佳；重車過磅后出現(xiàn)負數(shù)，不回零；秤臺偏載誤差和段差較大；四角誤差也不好調(diào)整。下面以這些小型橋式傳感器為例進行研究分析。

三、重車上秤發(fā)生撓度變化后，秤臺及安裝對傳感器的影響

汽車衡秤臺的剛度要求：[f]=1/800，1/1000，1/1200，剛度太低會影響衡器的回零、蠕變性能表現(xiàn)不良，在這樣的剛度下，秤臺形變的傾角一般不會超過1°。因此，秤臺在其剛度足夠的情況下，肯定不會出現(xiàn)較大的彎曲變形問題，也不會引起鋼球“爬坡”的現(xiàn)象。但是，當秤臺剛度不足時就會出現(xiàn)傳感器受力方向不垂直于傳感器本身，如圖1 所示，當秤臺剛度足夠時，重車上秤時，其發(fā)生的彎曲變形可以忽略不計，力值F的方向近似為豎直向下；秤臺剛度不足時，重車上秤后秤臺發(fā)生較大的彎曲變形，其偏轉(zhuǎn)角度為大約5°（圖1右）。

秤臺剛度影響載荷方向 即使秤臺剛度足夠時，如果由于安裝位置對位偏差較大也有可能造成載荷方向偏轉(zhuǎn)，表示秤臺在剛度足夠的情況下而且安裝對位準確時，載荷方向豎直向下，但是如果安裝位置水平偏移了4.47mm時，鋼球中心就不可能位于傳感器球窩中心位置，此時傳感器載荷方向也同樣偏轉(zhuǎn)5°。因此，不管是秤臺的剛度不足或者傳感器安裝位置對位偏移都有可能造成傳感器載荷方向發(fā)生改變。

假設傳感器受到的實際載荷為F1，則

根據(jù)合力和分力的關系式： F1 = FCOS(5°) （1）

實際誤差： △F = F- F1 （2）

1、當秤臺剛度不足時，重車下秤后，秤臺不能完全馬上復位，如圖1右所示，秤臺自重不能完全作用于傳感器之上，因此，會出現(xiàn)下秤后的重量小于上秤前的重量，由于剛開始標定的重車上秤前的重量為0，故重車下秤后，重量為負值，即出現(xiàn)了負零點不回零現(xiàn)象。

2、當安裝位置偏移量較大時，初始位置時傳感器受力就是分力F1，重車上秤后，鋼球偏移方向的不同，其下秤后儀表示值可能為正也可能為負，也同樣出現(xiàn)了不回零的情況。