电子秤称重传感器的横向灵敏度和横向力补偿

在大多数称重实践中，称重传感器始终伴随着横向力和扭矩的干扰，从而产生横向灵敏度。本文分析了引起侧向灵敏度的因素以及对称结果的影响。要指出的是，横向灵敏度的大小取决于弹性元件的结构形状，诸如压头，底垫和安装平台的附件的性能。如果有5％的横向力，则高精度称重传感器中将出现±0.1％的满量程，而普通精度称重传感器的偏差为±0.6％，并以圆柱形称重传感器为例，层或双层环形膜片焊接到弹性元件和壳体上以补偿侧向力，弯矩的原理和技术方法给出了圆形膜片的挠度和应力的计算公式。 1.概述在称重传感器在电子秤装配中的应用过程中，当总称量​​轴向载荷时，横向力矩和扭矩会同时出现，而阻力应是伴随横向力矩和扭矩的干扰因素，例如秤的灵敏度系数和补偿电阻。容差为1％到2％，并且由于电阻应变计的不正确放置而导致定位误差。这些因素使横向力位于弹性元件应变区域的轴向对称点，从而导致弯曲变形的代数和不等于零。灵敏度会严重影响称重传感器的称量结果。横向灵敏度的大小取决于测力传感器弹性元件的结构形状，压头，底垫，安装平台和其他附件的性能。因此，在称重传感器的设计过程中，有必要对弹性元件的结构，保护壳，引入载荷的压力头，承受载荷的底垫以及安装平台，以研究每个零件的结构形状，制造材料和加工方法和热处理工艺对引入的载荷及其之间的匹配关系的影响可以减少来自源的横向力的影响，因此可以充分发挥称重传感器的精度和其他性能，以确保电子称重系统的称量精度。 2.横向灵敏度以圆柱形测力计为例来说明横向灵敏度的影响。称重传感器的结构设计和理论计算是基于以下前提：外部载荷作用线与弹性元件的载荷轴一致，载荷沿轴均匀地传递。实际上，称重传感器上的载荷，即不同轴上的载荷不能均匀地传递，因此会引起干扰。横向力将在圆柱形弹性元件上产生弯曲力矩，因此称重传感器的横向灵敏度不为零。理所当然的是，该弯矩应通过安装在弹性元件上的电阻应变仪的对称分布来补偿，但在制造过程中很难实现。实践表明，如果有5％的侧向力，则在高精度称重传感器中将出现满刻度的±0.1％偏差，而在普通精度称重传感器中将出现±0.6％的偏差。对侧向力的敏感度主要是由于电阻应变计在圆柱弹性元件的应变区域中，并且相对于彼此的粘贴位置不能提供完全的补偿，因为电阻的敏感系数应变片的分散小，弹性元件应变区的粘贴位置和方向的定位误差小。零点温度补偿和零点输出调节的电阻在相对较小的范围内，并且也是对横向力敏感的因素，因为这些补偿电阻与桥臂电阻应变仪串联连接，从而降低了有效灵敏度每个桥臂。生产实践表明，即使在粘贴电阻应变仪的过程中在弹性元件的应变区域中，即使非常小心，也必须产生某些定位误差，例如一定的旋转和平移角度。如果电阻应变计在圆周方向上产生a = 5。相对角位移P相对于轴线的位置偏差可以达到1.5。 。要使圆周位置偏差仅导致误差不超过满刻度的0.1％，则a必须小于1。对于直径为36mm（20i，58mm（50gt）和80mm（100i）的圆柱形弹性元件），表示粘贴式电阻应变计沿圆周的位置误差小于0.02mm，这显然是一个非常苛刻的要求，并且很难满足。荷兰TN0机械研究所的测试表明，当电阻应变仪在圆周方向上的位置偏差引起相对于轴线的p = 1°的角位移时，将发生约满刻度的0.01％的误差。综上所述，如果说称重传感器不产生横向灵敏度，也就是说很难对横向力完全不敏感，那么他们提出了三种将横向灵敏度限制到最小的方法：1.测量每个负载的方向传感器对横向力不敏感，并且在使用过程中估算的横向力方向与此不敏感方向一致。 2.将称重传感器安装在静压轴承中，以免传递侧向力。 3.减少一个或多个工件电阻应变计的灵敏度系数，直到完全消除了对横向力的灵敏度。该处理方法是将电阻与电阻应变计串联连接，然后将电阻与串联电阻并联连接。可以实现精确的调整。上述方法在理论上是可行的，但在实践中难以应用。因此，必须在对横向力敏感的称重传感器上执行横向力补偿。三，侧向力补偿称重传感器在大多数称重实践中，总是伴随着侧向扭矩的干扰，例如称重传感器的不正确安装，承载结构的热胀冷缩，同时侧向扭矩称量轴向载荷时，电阻应变计和补偿电阻的灵敏度系数为1公差％〜2％，由电阻应变计的膏体位置不正确引起的定位误差等。根据试验测量，称重传感器在轴向方向上偏离3°，相当于施加的侧向力的5％，并且称重传感器输出将发生0.2％-0.3％的误差。现在以圆柱弹性元件为例，其总高度为4.5d（d为弹性元件的直径，如果有称重载荷，则将电阻应变仪粘贴在距底面1.5d的距离处10％的侧向力作用在弹性元件上（通常需要高精度测力传感器承受10％的侧向力），这相当于在轴向载荷方向上产生5.8°的挠度。如果安装了应变仪，将会导致23％的额外应变。如果电阻应变计的公差为2％，则对称重量传感器可能会导致高达0.36％的附加误差。这是相当可观的，当然这个误差是根据统计定律出现的，这里只讨论极限情况，目的是解释横向力补偿的必要性。为了减少侧向力的影响，在称重传感器结构的设计中，必须引入弹性元件结构，保护壳和载荷压力。头，承重底垫和安装平台在技术上是必须的。深入地结合起来，研究每个零件的结构形状，制造材料，加工方法，热处理工艺等对引入载荷的影响及其之间的匹配关系。尝试选择无摩擦设计。使用点接触和线接触引入和转移载荷。例如，使用钢球，双球形摇杆，链节，鞍形环来引入载荷，因为钢球和双球形摇杆仅承受轴向载荷，以后不再传递负载和力矩大，并具有自动对中功能。当然，最重要的是重量传感器的横向力补偿。圆柱形称重传感器的横向力补偿主要有三种方法：1.在称重传感器的设计中，使用具有双球形结构的弹性元件。引入载荷的上球形表面和传递载荷的下球形表面是无摩擦设计，并具有自动定心功能。 2.采用沿周向对称地在弹性元件应变区域内粘贴8个电阻应变仪，并将对称位置的两个电阻应变仪串联串联焊接在电桥的同一桥臂上的方案。 ，使因弯曲而产生的附加应力相互抵消，从而达到横向力补偿的目的。 3.使用膜片和外壳来补偿侧向力。即，在圆筒形弹性元件的上端与壳体之间焊接有单层或双层的环形振动板，并且称重传感器的横向力通过该振动板以高刚性传递至壳体和基座。以达到平衡侧向力的目的。显然，对隔膜的要求是其在横向方向上应具有较大的刚度，但在轴向方向上应非常软并且仅具有较小的刚度。对称重量传感器的输出灵敏​​度影响很小，并且不会破坏轴向变形的线性和测得的载荷关系。四，侧向力补偿过程的要点将圆柱形称重传感器的圆形平面膜片或波纹形膜片焊接到弹性元件和壳体上后，不仅可以补偿侧向力的影响，而且可以起到保护作用密封作用。关键问题是补偿侧向力和保护性密封。两者都需要弹性元件和密封壳体之间的较小的相对运动。如果未正确处理此问题，将发生非线性错误。因此，有必要对隔膜的应用，性能和制造方法进行理论和应用研究。由于将横向力补偿膜片焊接到弹性元件和壳体上，因此形成了静态不确定的结构。如果三者之间的变形不协调，则会产生内部应力，同时，密封腔中的气压也会发生变化，从而导致称重传感器的温度漂移。因此，要求圆筒形测力计的壳体材料具有与弹性元件的材料尽可能相同的线性膨胀系数，以防止由于环境温度变化时静态不确定结构的不协调变形而引起的附加误差。因此，需要考虑温度补偿的方法，主要是在温度变化时，要求弹性膜片对壳体的内应力以及内外压差具有调节功能。隔膜是具有同心折痕的平板或圆形薄板。为了便于与弹性元件和外壳进行焊接，必须在膜片的中心和外圆的外围留一个光滑的部分，并以2mm高的直角弯曲。侧面以便于焊接。平面膜片与外壳之间的焊接处的外径为2a，具有弹性元件的焊接处的内径为2b，厚度为h。基于板壳理论的膜片最大轴向变形Fmx可通过以下公式计算：称重传感器与侧向力补偿膜片焊接后，其消耗的载荷与测量的载荷之比为减小值称重传感器灵敏度S的平均值，该值通常应小于额定输出值的5％。在称重传感器的弹性元件和壳体之间焊接单层隔膜只能补偿横向力，而不能补偿弯矩。在这种情况下，需要将电阻应变仪粘贴在弹性元件的弯矩为零的部分上，以消除或减小这种影响。弯矩。力学分析表明，在圆柱弹性元件的高度L的方向上，距底表面L / 3的距离时弯矩为零，并且此部分甚至是单层都安装了电阻应变仪。膜片可以获得更好的弯矩补偿效果。使用双层膜片补偿工艺的优势在于，它可以补偿侧向力，同时消除弯矩的影响。缺点是必须增加弹性元件的高度和壳体的厚度，从而增加了称重传感器的纵向尺寸和总重量。 ，对输出灵敏度的影响也加倍。检查称重传感器横向力补偿效果的方法是将倾斜安装的称重传感器安装在力标机上。该倾斜角的正弦是横向力的百分比。通常，以力p = 1°_2°的角度为基础的倾斜块安装在力标机的底部表面上。待测的称重传感器安装在测力标准机的斜块和压头之间。中等准确。在测试过程中，称重传感器会施加额定载荷，测量其输出值，然后将称重传感器绕中心轴旋转90度。 ，180.，270.并分别测量其输出值以查看横向力补偿的效果。还应当指出，隔膜和弹性元件，隔膜和壳体的焊接过程是至关重要的。焊接不良不仅会大大降低称重传感器的灵敏度，而且还会增加磁滞和可重复性误差。因此，焊接技术和焊接工艺设备具有以下要求：1焊接时的热影响区要尽可能小，这要求焊缝在焊接过程中应尽可能远离电阻应变仪的位置。结构设计上，Q焊缝应均匀，整洁，美观，可靠，并尽量不使膜片变形，因此要求将焊接膜片设计为波纹平膜片和杯形膜片以减少焊接变形并减少残余应力对灵敏度的影响，弹性元件的0槽和焊接膜片的尖角应满足焊接工艺的要求。焊缝的位置易于焊接，以确保焊缝的质量。 4，工艺简单，焊接效率高。高精度称重传感器的侧向力补偿膜片主要是电子束焊接和激光焊接。它的共同特征是非接触焊接。电子束焊接在102pa_103pa的压力真空室中进行。激光焊接也可以在不受各种污染物影响的透明真空罩中进行。焊接时能量高度集中，受热面积小。焊接零件不变形，没有焊渣，也无需去除氧化膜。