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圓柱式稱重傳感器的簡(jiǎn)單介紹
一、概述
圓柱、圓筒式稱重傳感器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，量程大，重量輕；彈性元件與保護(hù)外殼
的幾何形狀為簡(jiǎn)單的圓柱、圓筒形，容易加工出較高的尺寸和形位精度；彈性元件剛度大，固有頻
率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；加載承載邊界可設(shè)計(jì)成雙平面、一平面一球面、雙球面多種結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)，
在各種結(jié)構(gòu)的大型電子衡器中得到較為廣泛的應(yīng)用。具有相同截面積的圓筒式與圓柱式彈性元件，
對(duì)于純軸向載荷的剛度相同，但圓筒式結(jié)構(gòu)的彈性元件有更大的慣性矩，所以它具有更好的抗彎曲
能力，多應(yīng)用于大型電子吊鉤秤。 【楚承制造】
從稱重傳感器彈性元件設(shè)計(jì)原則分析，盡管圓柱、圓筒式彈性元件具有十分突出的特點(diǎn)，但其
固有線性差，容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)誤差等缺點(diǎn)也是非常致命的。因此必須作好彈性元件、保護(hù)外殼、壓頭
底墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和非線性補(bǔ)償，控制旋轉(zhuǎn)誤差，才能使其達(dá)到較高的準(zhǔn)確度等級(jí)。圓柱、圓筒式稱重
傳感器產(chǎn)生非線性誤差的主要因素是：
（1）面積效應(yīng)影響。彈性元件承受拉向、壓向載荷時(shí)，應(yīng)變區(qū)截面積變化，導(dǎo)致 P—σ 關(guān)系的
非線性；
（2）泊松比效應(yīng)影響。即彈性元件軸向和環(huán)向應(yīng)變相差較大，致使電橋內(nèi)某一橋臂電阻的變
化與相鄰橋臂電阻的反向變化不匹配，所引起的電橋非線性誤差；
（3）材料性能影響。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系主要是彈性元件材料的誤差，當(dāng)應(yīng)變程度較高時(shí)，其應(yīng)力
應(yīng)變關(guān)系并非*線性，且滯后、蠕變及彈性模量不是理想的常數(shù)，載荷增加時(shí)非線性也增加；
（4）焊接密封膜片影響。主要是非線性的密封模片對(duì)載荷的分路作用，即當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，
由于焊接膜片與外殼組成超靜定結(jié)構(gòu)，因變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，外殼尺寸改變導(dǎo)致密封腔內(nèi)氣
體壓力變化，引起稱重傳感器溫度漂移。 【楚承制造】
圓柱、圓筒式彈性元件的旋轉(zhuǎn)誤差是附加的非測(cè)量應(yīng)變量的函數(shù)，其影響因素是：
（1）圓柱、圓筒式彈性元件、引入載荷的壓頭、承受載荷的底墊機(jī)械加工的形位誤差影響，
主要是同心度、對(duì)稱度、平行度超差引起的各方位應(yīng)變量不同；
（2）電阻應(yīng)變計(jì)工作特性和彈性元件上電阻應(yīng)變計(jì)的定位誤差，引起的附加應(yīng)變量。
從前，對(duì)圓柱、圓筒式稱重傳感器的非線性誤差，多以理論分析為主，其結(jié)論大致相同：稱重
傳感器本身（包括彈性元件、電阻應(yīng)變計(jì)、電橋電路）固有的非線性誤差一般比較小，對(duì)準(zhǔn)確度影
響不大；彈性元件應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變梯度和電阻應(yīng)變計(jì)定位偏差對(duì)非線性影響甚大，減小此值可較大減
少非線性誤差；彈性元件、壓頭、底墊尺寸對(duì)應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變梯度有影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理將導(dǎo)致較
大的非線性誤差等等，沒有跳出傳統(tǒng)的理論分析模式?，F(xiàn)代稱重傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，應(yīng)采用數(shù)
學(xué)分析手段建立各項(xiàng)特性的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)擬合公式對(duì)相關(guān)誤差進(jìn)行分析和推算，給非線性補(bǔ)
償技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。為此必須掌握?qǐng)A柱、圓筒式彈性元件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非理想加載（如偏心載荷、
側(cè)向載荷）、物理變量（如溫度、壓力、振動(dòng)）對(duì)非線性的影響。本文通過建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)分
析方法，對(duì)圓柱、圓筒式彈性元件應(yīng)變區(qū)面積效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，金屬材料泊松比引起的電橋電路非
線性誤差，焊接密封膜片對(duì)載荷分路作用造成的非線性誤差和電阻應(yīng)變計(jì)定位偏差產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)加荷
誤差進(jìn)行分析。
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上海楚承電子有限公司
2015.5.8