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單個稱重傳感器組裝電子秤的要點
發布時間:2015-12-21作者:來源:瀏覽次數:3903

    1.單個稱重傳感器組裝電子秤對稱重傳感器性能的要求

    單個稱重傳感器組裝電子秤時,出于準確度、穩定性和可靠性的考慮,對稱重傳感器彈性元件的結構形式、支承邊界、載荷引入方式、四角誤差調整、安全過負荷能力、疲勞壽命等都提出了較嚴格的要求,主要包括:

    (1)固有線性好,準確度高,疲勞壽命長。

    (2)量程范圍寬,安全過負荷能力強。

    (3)對端面力、橫向力和扭力矩不敏感。

    (4)溫度補償完善,零點和靈敏度溫度誤差小。

    (5)防護與密封性能好,工作穩定性與可靠性高。

    (6)安裝方便,容易調整四角誤差。 

    2.單個稱重傳感器組裝電子秤對邊界條件的要求

    通常,一臺稱重傳感器有兩個承受載荷的接觸面,即引入載荷和支承載荷的接觸面。這些載荷條件的變化將引起接觸面上載荷分布的變化,即使在接觸面上總的作用載荷保持不變,也將導致稱重傳感器的靈敏度變化。

    單個稱重傳感器組裝電子秤時,多采用平行梁結構的正應力稱重傳感器,其支承面和加載面均為稱重傳感器彈性元件的一部分。對于這種平行梁稱重傳感器,決定加載邊界條件的因素主要是支承底座、托架、墊塊的結構及所用材料的硬度、表面粗糙度等,因此支承方式即彈性元件根部固定的合理性至關重要。

    單個平行梁稱重傳感器組裝電子秤時,其固定端應有足夠大的平衡力矩,盡量使其為固支。加載端載荷的引入應采用鋼球,因為鋼球傳遞載荷時,它只感受和傳遞垂直方向上的軸向載荷,而對側向載荷和扭矩不敏感,這樣平行梁稱重傳感器的輸出就只取決于沿主軸方向的載荷大小。

二、平行梁稱重傳感器的偏載誤差

  單個平行梁稱重傳感器組裝的電子秤,在稱量物體重量時,白于每次物體的放置位置彼此不同,因此產生偏載并在電阻應變計處引起附加應變,使稱重傳感器的輸出產生誤差,通常稱為偏載誤差。因此,必須對平行梁型稱重傳感器的偏載誤差進行理論分析,找出消除偏載誤差的方法。

    1.在X方向上的偏載誤差

    圖3-la所示為典型的雙孔平行梁彈性元件,雙孔中心距為L,上下梁1、2、3、4分別為單軸電阻應變計,孔與平行梁最小厚度為矗。當平行梁彈性元件受偏心載荷P作用時,在其端部產生附加力矩M。,此力矩由上下平行梁產生的軸力P,來平衡,如圖15-lb所示。而且軸力P,的作用線與孔的形心線(中性軸)不重合,因此上下平行梁粘貼電阻應變計的部位,還要受到軸力Pl引起的附加彎矩M。的影響,如圖15-lc所示。

    設軸力P,的作用線與形心線的距離為Ah,則

    Mo—P1 Ah

    由于X方向上偏載P的影響,上下平行梁同時產生軸力P,引起的拉伸(或壓縮)應變£,,和彎矩M引起的彎曲應變e,。,即

    一  P

    e,,=AoE

    Mo皇

    8 zz -可x式中Ao -平行梁的截面積;

    ?!叫辛核狀Φ淖钚”酆?;

    E——彈性元件材料的彈性模量;

    Jx-平行梁應變截面的慣性矩。

    X方向偏載影響的結果,使平行梁上電阻應變計所測量的應變均由三部分組成,分別是載荷P、軸力Pl和彎矩Mo引起的應變值,即每一片電阻應變計的輸出應變均為這三部分應變值的代數和。

    設各電阻應變計總應變分別為e,7、e。、e。、和e;7,并以正、負號表示拉伸、壓縮應變。表15-1給出了載荷P、軸力P,和彎矩Mo引起的應變。

    Z方向偏載引起的附加力矩為:

    Mz =PL2

    式中,L2為載荷作用點偏離彈性元件中心的距離。扭矩M。由上下平行梁的扭轉力矩相平衡,扭轉將使上下平行梁產生剪切應力,同時端部力P2還會使上下平行梁在XZ平面內產生彎曲應力??稍擻梅治鯴方向偏載的方法來分析此種情況,其分析結果是應變區每一片電阻應變計,都受到偏載P引起的彎曲應力、扭矩M。引起的剪切應力和端部力P:引起的彎曲應力三部分作用,總應變仍然是這三部分應變的代數和。按上述方法貼片組橋,并對電阻應變計粘貼位置的準確度和彈性元件尺寸及形位公差嚴格控制,同樣可以消除Z方向偏載對稱重傳感器輸出的影響。

    3.電阻應變計粘貼位置誤差對輸出的影響

    電阻應變計在平行梁上的粘貼位置誤差,可按以下四種情況進行分析:粘貼位置非常準確;與X軸成笳角且對X軸反對稱;偏移X軸AZ距離;相對X軸同時產生A夾角和AZ偏移。電阻應變計粘貼位置誤差示意圖如圖15 3所示。

    圖lo-3  電阻應變計粘貼位置誤差示意圖

    (1)電阻應變計粘貼位置非常準確

    電阻應變計粘貼位置非常準確是很難做到的,如圖15-3a所示,這只是為了分析問題的一個假設。此時,在扭矩Mz引起的剪應力r作用下,X方向的應變為:

s,= - ysinAOcosAO式中y-截面所承受的剪應變;

    AO-電阻應變計與X軸的夾角。

    由于電阻應變計粘貼位置非常準確,所以:

    AO=O

    則    £。-O

    同樣,端部力P。引起的彎曲應力在貼片處(中性面上)的彎曲應變也為零,故Z方向的偏載對稱重傳感器的輸出無影響。

    (2)電阻應變計粘貼位置與X軸成凹角且對于X軸反對稱

    此種情況比較常見,電阻應變計粘貼位置誤差如圖15-3b所示。此時,在扭矩M:引起的剪應力r作用下,改變了電阻應變計的應變輸出,可用X方向的應變公式計算,即:

    s。= -),sinAOcos/\0

    因筒角較小,X方向的應變公式可進一步簡化為:

    £。= -YAO

    (3)電阻應變計粘貼位置偏移X軸/\Z距離

    此種情況也比較常見,電阻應變計粘貼位置誤差如圖15-3c所示。由于端部力P:在XZ平面內引起彎曲變形,使電阻應變計產生附加的彎曲應變,此時輸出的變化為:

    M/\Z

    £b2 -

    EJ Y

    一』生

  令    娃一琶J Y

  則    £b一-aAZ式中M-端部力P。引起的電阻應變計處的彎矩;

    AZ-電阻應變計軸線偏離X軸距離;

    口——由材料和結構尺寸決定的常數。

    (4)電阻應變計粘貼位置同時產生笳夾角和AZ偏移

    電阻應變計粘貼位置相對X軸同時產生△口夾角和AZ偏移,是最大的粘貼位置誤差,如圖15-3d所示;此種情況實際上是上述(2)和(3)兩種情況的組合。它將使各電阻應變計產生幾種不同的應變影響量。而這些影響量按上述方法組成惠斯通電橋電路時,是不可能徹底消除的。僅就單片電阻應變計而言,可產生的最大輸出誤差為(2)和(3)兩種情況下輸出誤差的疊加


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