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- 称重传感器
- 传感器
称重传感器的弹性元件在外载荷作用下产生变形时，应该是加载后立即变形，卸载后立即恢复，应力与应变同步进行，与时间无关。但实际上弹性元件在弹性变形时，加载线与卸载线并不重合，应变落后于应力，重量传感器，经过一段时间才能达到完全弹性变形或完全消除弹性变形，这种现象称为弹性滞后，弹性元件所用金属材料和结构形式是产生滞后的主要因素。通过合理的热处理工艺对金属材料的弹性滞后加以控制后，弹性元件的结构就成为产生滞后的重要因素。
对于圆柱结构的压式称重传感器，在加载后卸掉载荷时，由于底部接触面上的摩擦力，阻滞其环向变形的恢复而产生滞后。
对于双剪梁型称重传感器，按压传感器，弹性元件与底座接触面的滑动是产生滞后误差的重要原因。在加、卸载过程中，双剪梁弹性元件与底座滑动方向相反，因此作用在弹性元件上的摩擦力方向也相反，正是此摩擦力造成应变区剪应力变化。接触面摩擦系数大，随着载荷的增加滞后的值由小变大。盲孔中心到弹性元件端面的距离太小，测量传感器，底摩擦力对应变区的影响也较大。
为减少称重传感器的滞后误差，首先在结构设计上保证滞后较小，采用无摩擦设计。称重传感器的摩擦分为外部摩擦和内部摩擦两大类，外部摩擦是指弹性元件承载球面与压头，底面与压垫或基础之间的摩擦；内部摩擦是指弹性元件局部应力集中，造成晶格之间位错所产生的摩擦。这两种摩擦均使滞后和非线性误差显著增加，因此只要结构允许应尽量采用无摩擦设计。
（1）弹性元件的底面必须为平面时，应设计成刚度大，接触面积小的平面，且选用低摩擦系数的压垫或设计自由底座；
（2）称重传感器的上压头、下压垫应采用无摩擦设计，例如球面结构，使加载、承载面为点接触（实为接触圆）；
（3）称重传感器弹性元件的设计尽量选用整体式结构，使载荷的引入和传递无接触问题，如S型，整体剪切型弹性元件；
（4）采用柔性隔离方法，即用铰接方法把弹性元件和承载底座联接起来，利用铰接不传递力矩这一力学特性，将摩擦面与弹性元件隔离；
（5）合理的应力分布。应力水平过高，将引起弹性元件晶格之间相对位移，产生内部摩擦，因此应力水平应控制在弹性极限的1/3～1/4范围内。
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应变式称重传感器结构设计原则（一）
上述称重传感器定义的含义是假定在弹性元件的应变区内，应变的程度与所施加的载荷成线性关系。换句话说，理想称重传感器的特点应当是应变和载荷成较严格的线性关系，达到此种目标正是所有称重传感器弹性元件设计的中心所在。完成这一任务的困难在于结构设计与计算上和一些经济上的限制，只有遵循称重传感器研制、生产规律和结构设计原则，才能同时解决上述限制，克服各种因素的综合影响，设计出性能波动较小的弹性元件。归纳起来，称重传感器的设计原则是：
（1）弹性元件尽量设计成一个整体结构，因为连接件之间的摩擦和位移都可以引起非线性和离散性。不允许采用焊接结构，由于残余应力和焊接后效可能减少疲劳寿命，并助长微塑性变形。
（2）由于称重传感器的电路输出取决于弹性元件应变区的应变程度，在整个电阻应变计敏感栅区域内的应变程度应该是均匀的，所以要求弹性元件应变区受力单一，应力分布均匀。
（3）弹性元件应变区的应变程度不应太高，应变区以外不得有较高应力分布区和应力集中点。因为称重传感器的线性、滞后、蠕变和疲劳寿命等，都随弹性元件应变区的应变程度减至较小而获得改进，较低的应力、应变意味着对理想线性弹性性能的偏差较小，传感器，也意味着弹性元件有较大的刚度和较高的固有频率。为满足灵敏度2mV／V，一般应变量控制在1100×10-6左右。特别要处理好方框平行梁的根部和S形弹性元件辅助梁圆弧处的应力集中。
（4）支承区尽量形成刚性固定，安装力远离应变区，必要时采用柔性隔离技术，克服支撑区附加力的影响。
（5）加载、承载的压头、压垫设计，应使加载线与弹性元件中心线重合，保证加载点稳定不变。
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