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關(guān)于小型橋式傳感器的研究和分析

【摘 要】 本文針對(duì)目前衡器市場(chǎng)上出現(xiàn)的小型橋式傳感器，重點(diǎn)分析該類傳感器在市場(chǎng)應(yīng)

用過(guò)程中的特性和出現(xiàn)的問(wèn)題，并根據(jù)這些問(wèn)題對(duì)常規(guī)橋式傳感器和小型橋式傳感器通過(guò)有限元I-DEAS進(jìn)行有效的模擬仿真和詳細(xì)比較，從而驗(yàn)證小型橋式傳感器和常規(guī)橋式傳感器之間在使用過(guò)程中出現(xiàn)的差異，進(jìn)一步從實(shí)踐和理論分析相結(jié)合的角度為傳感器在安裝過(guò)程中提出一些積極的應(yīng)用意見(jiàn)和建議。

一、引言

目前國(guó)內(nèi)對(duì)雙剪梁型稱重傳感器的研究已經(jīng)很多，參考文獻(xiàn)1中講述了彈性體的應(yīng)變與外加載荷有較好的線性，彈性體的結(jié)構(gòu)參數(shù)、載荷等各種因素對(duì)貼片區(qū)應(yīng)變的影響。參考文獻(xiàn)2中詳細(xì)闡述了貼片區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變對(duì)整個(gè)彈性體性能的影響。參考文獻(xiàn)3中作者重點(diǎn)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�？梢�(jiàn)，關(guān)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(guò)精細(xì)化控制達(dá)到最高的性價(jià)比是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之重點(diǎn)。在這種情況下，橋式傳感器的競(jìng)爭(zhēng)就是成本和服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)，最終衡器市場(chǎng)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(diǎn)介紹目前市場(chǎng)上各種小型橋式傳感器的使用情況，并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，給出一些應(yīng)用或選型的參考性建議。

二、小型橋式傳感器在市場(chǎng)上的應(yīng)用情況

目前衡器市場(chǎng)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，通過(guò)螺桿從上部和支撐輥連接底板和彈性體。無(wú)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(shè)計(jì)，去除了所謂的強(qiáng)度冗余結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)×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(chǎng)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(jiàn)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(jiǎn)稱秤臺(tái)）上會(huì)出現(xiàn)線性不佳；重車過(guò)磅后出現(xiàn)負(fù)數(shù)，不回零；秤臺(tái)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(jìn)行研究分析。

三、重車上秤發(fā)生撓度變化后，秤臺(tái)及安裝對(duì)傳感器的影響

汽車衡秤臺(tái)的剛度要求：[f]=1/800，1/1000，1/1200，剛度太低會(huì)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(tái)形變的傾角一般不會(huì)超過(guò)1°。因此，秤臺(tái)在其剛度足夠的情況下，肯定不會(huì)出現(xiàn)較大的彎曲變形問(wèn)題，也不會(huì)引起鋼球“爬坡”的現(xiàn)象。但是，當(dāng)秤臺(tái)剛度不足時(shí)就會(huì)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(dāng)秤臺(tái)剛度足夠時(shí)，重車上秤時(shí)，其發(fā)生的彎曲變形可以忽略不計(jì)，力值F的方向近似為豎直向下；秤臺(tái)剛度不足時(shí)，重車上秤后秤臺(tái)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(tái)剛度影響載荷方向 即使秤臺(tái)剛度足夠時(shí)，如果由于安裝位置對(duì)位偏差較大也有可能造成載荷方向偏轉(zhuǎn)，表示秤臺(tái)在剛度足夠的情況下而且安裝對(duì)位準(zhǔn)確時(shí)，載荷方向豎直向下，但是如果安裝位置水平偏移了4.47mm時(shí)，鋼球中心就不可能位于傳感器球窩中心位置，此時(shí)傳感器載荷方向也同樣偏轉(zhuǎn)5°。因此，不管是秤臺(tái)的剛度不足或者傳感器安裝位置對(duì)位偏移都有可能造成傳感器載荷方向發(fā)生改變。

假設(shè)傳感器受到的實(shí)際載荷為F1，則

根據(jù)合力和分力的關(guān)系式： F1 = FCOS(5°) （1）

實(shí)際誤差： △F = F- F1 （2）

1、當(dāng)秤臺(tái)剛度不足時(shí)，重車下秤后，秤臺(tái)不能完全馬上復(fù)位，如圖1右所示，秤臺(tái)自重不能完全作用于傳感器之上，因此，會(huì)出現(xiàn)下秤后的重量小于上秤前的重量，由于剛開(kāi)始標(biāo)定的重車上秤前的重量為0，故重車下秤后，重量為負(fù)值，即出現(xiàn)了負(fù)零點(diǎn)不回零現(xiàn)象。

2、當(dāng)安裝位置偏移量較大時(shí)，初始位置時(shí)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(fù)，也同樣出現(xiàn)了不回零的情況。