卓扬测控研发(图),传感器称重系统,传感器

称重传感器的弹性元件在外载荷作用下产生变形时，应该是加载后立即变形，卸载后立即恢复，应力与应变同步进行，与时间无关。但实际上弹性元件在弹性变形时，加载线与卸载线并不重合，应变落后于应力，经过一段时间才能达到完全弹性变形或完全消除弹性变形，这种现象称为弹性滞后，弹性元件所用金属材料和结构形式是产生滞后的主要因素。通过合理的热处理工艺对金属材料的弹性滞后加以控制后，弹性元件的结构就成为产生滞后的重要因素。

对于圆柱结构的压式称重传感器，在加载后卸掉载荷时，由于底部接触面上的摩擦力，阻滞其环向变形的恢复而产生滞后。

对于双剪梁型称重传感器，弹性元件与底座接触面的滑动是产生滞后误差的重要原因。在加、卸载过程中，双剪梁弹性元件与底座滑动方向相反，因此作用在弹性元件上的摩擦力方向也相反，正是此摩擦力造成应变区剪应力变化。接触面摩擦系数大，随着载荷的增加滞后的值由小变大。盲孔中心到弹性元件端面的距离太小，底摩擦力对应变区的影响也较大。

为减少称重传感器的滞后误差，首先在结构设计上保证滞后较小，采用无摩擦设计。称重传感器的摩擦分为外部摩擦和内部摩擦两大类，外部摩擦是指弹性元件承载球面与压头，底面与压垫或基础之间的摩擦；内部摩擦是指弹性元件局部应力集中，造成晶格之间位错所产生的摩擦。这两种摩擦均使滞后和非线性误差显著增加，传感器，因此只要结构允许应尽量采用无摩擦设计。

（1）弹性元件的底面必须为平面时，应设计成刚度大，重量感应器，接触面积小的平面，且选用低摩擦系数的压垫或设计自由底座；

（2）称重传感器的上压头、下压垫应采用无摩擦设计，例如球面结构，使加载、承载面为点接触（实为接触圆）；

（3）称重传感器弹性元件的设计尽量选用整体式结构，使载荷的引入和传递无接触问题，如S型，整体剪切型弹性元件；

（4）采用柔性隔离方法，传感器称重系统，即用铰接方法把弹性元件和承载底座联接起来，利用铰接不传递力矩这一力学特性，将摩擦面与弹性元件隔离；

（5）合理的应力分布。应力水平过高，将引起弹性元件晶格之间相对位移，力感应传感器，产生内部摩擦，因此应力水平应控制在弹性****限的1/3～1/4范围内。

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微型测力与称重传感器，因其量程微小又要使它具有足够大的输出灵敏度，弹性元件应变区会很薄，其刚度必然很差造成非线性、重复性和蠕变误差*，很难达到所需要的准确度级别。尽管采用低弹性模量的铝合金、镁合金、铍青铜材料做弹性元件，以增加应变区的刚度，但仍不能攻*这个问题。为使微型测力与称重传感器达到较高的准确度级别，在薄形弯曲梁式弹性元件结构已确定的情况下，还必须处理好灵敏度和刚度这对矛盾，因此设计时应对灵敏度和刚度取折衷方案。

德国学者C．Rohrbach 和 J．Lexow微型测力与称重传感器研究课题中的薄形弯曲梁式弹性元件的理论分析及试验测试成果，很好的说明了这个问题，值得我国称重传感器研制企业借鉴。他们用一个薄形悬臂弯曲梁式弹性元件来说明微型测力与称重传感器的一些根本性的问题。电阻应变计粘贴在薄形悬臂弯曲梁弹性元件的根部，并涂抹很薄的一层液态防护密封面胶。

弹性元件的厚度d可以小到0.05mm，而电阻应变计和防护涂层的厚度h却保持不变，一般为h=0.02～0.03mm。因此，弹性元件的特性几乎完全取决于电阻应变计基底、应变胶粘剂和防护涂层材料的特性。由于电阻应变计基底、覆盖层和胶粘剂均由酚醛或环氧树脂构成，它们的物理性能在很大程度上与温度密切相关随温度而定。例如，弹性模量随着温度的升高而降低，使输出灵敏度*；由于弹性元件很薄，刚度必然小，随着温度和湿度的变化，其初始应变值变化很大，致使弹性元件变形而引起零点*移。上述各种效应的影响，可通过*装置进行试验测量求得。

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