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应变式称重传感器结构设计原则（一）

上述称重传感器定义的含义是假定在弹性元件的应变区内，应变的程度与所施加的载荷成线性关系。换句话说，理想称重传感器的特点应当是应变和载荷成较严格的线性关系，达到此种目标正是所有称重传感器弹性元件设计的中心所在。完成这一任务的困难在于结构设计与计算上和一些经济上的限制，只有遵循称重传感器研制、生产规律和结构设计原则，才能同时解决上述限制，克服各种因素的综合影响，设计出性能波动较小的弹性元件。归纳起来，称重传感器的设计原则是：

（1）弹性元件尽量设计成一个整体结构，因为连接件之间的摩擦和位移都可以引起非线性和离散性。不允许采用焊接结构，由于残余应力和焊接后效可能减少疲劳寿命，并助长微塑性变形。

（2）由于称重传感器的电路输出取决于弹性元件应变区的应变程度，垫圈式传感器，在整个电阻应变计敏感栅区域内的应变程度应该是均匀的，所以要求弹性元件应变区受力单一，扭力传感器，应力分布均匀。

（3）弹性元件应变区的应变程度不应太高，应变区以外不得有较高应力分布区和应力集中点。因为称重传感器的线性、滞后、蠕变和疲劳寿命等，都随弹性元件应变区的应变程度减至较小而获得改进，较低的应力、应变意味着对理想线性弹性性能的偏差较小，也意味着弹性元件有较大的刚度和较高的固有频率。为满足灵敏度2mV／V，一般应变量控制在1100×10-6左右。特别要处理好方框平行梁的根部和S形弹性元件辅助梁圆弧处的应力集中。

（4）支承区尽量形成刚性固定，安装力远离应变区，必要时采用柔性隔离技术，克服支撑区附加力的影响。

（5）加载、承载的压头、压垫设计，应使加载线与弹性元件中心线重合，保证加载点稳定不变。

传感器力矩和侧向载荷的灵敏度影响

用于各种电子秤的应变式称重传感器，应设计成只感受垂直方向的载荷，而对力矩和侧向载荷不敏感，或把力矩和侧向载荷的影响限制在规定的误差范围内。这样的称重传感器其输出仅仅取决于沿主轴或与主轴平行的载荷的大小，这就要求弹性元件具有较高的尺寸精度和很小的形位公差，同时保证电阻应变计粘贴位置的准确性和对称性。

实际上弹性元件所能达到的形位精度和电阻应变计的*精度与对称性是有一定限度的，并且在某种程度上，所有称重传感器对于迭加在主分量上的力矩和侧向载荷都是敏感的，其侧向灵敏度的大小和正负方向是不能预先知道的。即使结构类型相同而量程不同的称重传感器，传感器，侧向灵敏度也不同。但是对于弹性元件的结构和额定载荷已确定的称重传感器，其侧向灵敏度将受到弹性元件的形位公差和电阻应变计的*误差所限制。

例如，一圆柱形弹性元件在侧向载荷作用下将产生一弯矩，按理此弯矩应由对称的粘贴在弹性元件上的电阻应变计加以补偿，但由于电阻应变计灵敏系数有小的散布，粘贴位置和方向都有误差等原因未能得到补偿。试验证明，若有额定载荷5％的侧向载荷存在，对于高准确度的称重传感器，S型传感器，则会出现满量程±0.1％的误差；对于一般准确度的称重传感器，此误差可达±0.6％。又例如，一承受压向载荷的圆筒式称重传感器，已知额定载荷和圆筒外径尺寸，其内径越大，对弯矩就越敏感，这是筒式弹性元件的内圆和外圆同心度的公差，导致中性轴偏离加载中心的缘故。因此应从称重传感器的结构设计上和制造工艺中，严格要求限制侧向灵敏度影响，尽量作到：

（1）从结构设计上保证称重传感器的输出仅仅取决于沿弹性元件主轴或与主轴平行方向上的载荷；

（2）对于轴对称的称重传感器，例如圆柱式结构的弹性元件，主轴应垂直于下端面及下压垫，并且通过其中心；

（3）对于悬臂梁型称重传感器，固定端的凸台平面决定主轴方向，为保证灵敏度不受端部加载条件的影响，载荷应通过弹性元件和根部凸台的中心；

（4）限制侧向灵敏度影响的措施，就是机械加工时，保证弹性元件的形位公差特别是对称性，粘贴电阻应变计时，保证位置和方向的准确度与对称性，尽量限制中性轴偏离中心线。

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