高精度壓力傳感器:剪切梁稱重傳感器的幾種參數,讓你一目了然

2020-12-15 傳感信息

稱重傳感器的參數

應變式麗景稱重傳感器按所稱量的參數可分為正應力型(測量拉伸.壓縮和彎曲應力)和切應力型(測量剪切應力產生的兩個拉壓成雙的主應力)兩大類。

圓板式稱重傳感器參數

圓板式稱重傳感器的彈性元件測量的是圓平板的彎曲壓力。可設計成拉式,壓式和薄型蝶式結構。拉式和蝶式彈性元件示意圖:

圓板式稱重傳感器的特點是結構比較簡單使用面積緊湊,體積小,外形高度低;抗側向衝擊和偏心載荷的能力強;形狀結構一般為圓形易生產工藝加工簡單而且達到的精度等級較高。缺點是固有線性較差,理論計算比較複雜。

由於圓板式彈性元件在壓向載荷作用下,最大撓度w遠遠小於圓板的厚度h,故可應用彈性力學中的薄板小撓度彎曲理論。將其筒化為周邊固之,中心圓凸臺上作用-集中力p的圓平板。為筒化計算,可採用G.Lobo(洛博)給出的中心有凸臺圓板的計算公式。

式中:p--額定載荷

h--圓板厚度

b--圓板半徑

E--圓板材料的彈性模量

K--應力計算係數

K1--撓度計算係數

正應力稱重傳感器的特點

從1941年世界上第一隻圓板結構應變式負荷傳感器誕生到20世紀70年代初期,可以說是正應力負荷傳感器的發展時期。在這30多年裡,它的品種和規格不斷增加,產量逐年上升,準確度大約每十年提高一個數量級,不少品種的準確度指標已達0.05%FS,穩定性和可靠性也經受了考驗。但是經過30多年的實際應用,發現正應力傳感器存在較突出的特點:(1)對加載點的微小變化非常敏感,即加載點的微小變化會引起比較大的靈敏度變化。(2)同時進行拉壓對秤循環加載時,靈敏度相差較大。(3)抗側向和偏心載荷的能力差(4)不少品種,結構尺寸大,組秤重心高,使用不方便。

稱重傳感器的結構

由於應力負荷稱重傳感器應用中存在的缺點,所以在上世紀70年代市面上出現了利用切變力的負荷稱重傳感器,而這個開發是來自於美國的一個學者--霍格斯特姆。它的應用可以說是在衡器領域當中利用剪切應變設計最先得到廣泛使用的,為剪切稱重傳感器技術形成了鋪墊。

由於剪切應力稱重傳感器的彈性元件多為受剪切的直梁結構,懸臂梁的長度為主要的測量因素,因此靈敏度的準確度不會因為加載點的靈敏度變化而有影響。不管是受到外載荷拉伸,壓縮等外力影響多麼嚴重變形量會保持一致性而沒有任何變化從而使得拉壓靈敏度對稱性還極好。正是因為剪切梁的結構形狀對稱和貼片組橋技術所以在抗側向和偏心載荷能力方面大大提高了剪切稱重傳感器的性能。切力稱重傳感器在外形上較其他壓力傳感器的外形較低,容易安裝方便,而且剛度大,容易防護密封,這些因素是正應力稱重傳感器在應用中所不能比擬的,所以也就奠定了剪切應力稱重傳感器在製造業中廣泛使用的基礎。

稱重傳感器的應力分布

眾所周知,剪切應力稱重傳感器本身是不能測量的,但它所產生的剪切梁中性軸成45度方向的主應力是可以測量的。這對拉壓成雙的主應力,正是稱重傳感器組成惠斯通電橋所需要的。剪切應力稱重傳感器應變梁的截面形狀決定了應變區剪切應力分布,主要由矩形截面,工字型截面,和空心截面等。

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