微型柱式传感器

称重传感器产生滞后误差的主要原因

称重传感器产生滞后误差的主要因素有：

（1）称重传感器弹性元件承载面与下压垫接触面设计不合理，主要是接触面积过大，压垫材料摩擦系数大等，当弹性元件受载时，底面必然产生一个向外移动的力矩，在卸掉载荷时由于底面摩擦力矩存在，使底面向回移动的力矩小于变形时向外移动的力矩，阻滞了弹元件变形的恢复而产生滞后误差。

（2）弹性元件应变区与支承边界设计不合理，固有滞后大，比较典型的结构就是轮辐式称重传感器。轮箍变形位移量与其刚度密切相关，刚度大，变形位移小，底摩擦作用时间短，轮辐应变恢复快，滞后小，反之滞后大。因此，轮毂、轮箍刚度应足够大，确保轮辐与轮毂、轮箍连接处转角为零。轮辐是应变敏感部分，其变形量与轮辐长度L成正比，与截面积A成反比。因此轮辐长度L小截面积A大，变形量小，应变恢复快，滞后小。轮辐高度h与厚度b之比（h/b)，与称重传感器滞后的关系不可忽视，在其它条件相同的情况下，改变h/b的比值，剪应力τ和弯曲应力σ均改变，对滞后有一定影响。所以在轮箍刚度足够大时，适当增加轮辐的剪应变，降低弯曲应变，微型柱式传感器，可减小滞后。

（3）对机械加工形位公差的要求尽量高一些。其影响突出的表现在圆环式、板环式弹性元件上，当两端加载螺纹不同心时，真正通过弹性元件的载荷值与计量轴线偏α角度，随着载荷的增加，楼控传感器，α夹角逐渐变小，有效计量载荷不断加大，使输出呈递增的抛物线。

（4）称重传感器弹性元件上的保护外壳、密封膜片应设计合理尽量不影响灵敏度。若有不正确接触或承受一定应力，都会产生阻滞弹性元件变形恢复的力或力矩，高精度传感器，而产生滞后误差。

（5）合理选择弹性元件金属材料的热处理工艺，减小材料本身的弹性滞后。例如应用最为广泛的合金结构钢40CrNiM0A，其弹性滞后与其微观组织有关，不同的回火温度得到不同的金相组织，有不同的弹性滞后，其值终值可达0.11％。

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应变式传感器?加载条件对应变区的影响

任何结构的称重传感器都有两个承受外载荷的接触面，在每一个接触面上载荷的分布取决于端部的加载条件。因此，这些加载条件的变化，将使弹性元件应变区的载荷分布发生变化。即使在称重传感器的两个接触面上，总的作用载荷保持不变，加载条件的变化，也将导致输出灵敏度发生变化，造成称重传感器不稳定。

对于应用压头、压垫的圆柱式压向称重传感器，端部加载条件的决定因素是：

与称重传感器加载、承载面相接触的压头、压垫的材料特性，如硬度 、摩擦系数等；与称重传感器加载、承载面相接触的压头、压垫的表面形状特性，如平面、凹面、凸面、曲面曲率、接触圆大小等；加载后称重传感器接触表面的变形。圆柱、圆筒式称重传感器底垫的支承面积应与弹性元件的承载面积相当，否则将使外壳变形影响输出灵敏度。

对于应用螺纹接触面的拉式称重传感器，端部加载条件的决定因素是：弹性元件上、下螺纹的同心度及螺纹的加工精度（主要是严格控制螺纹中径）；拉式接头或关节轴承拉头与弹性元件上、下螺纹啮合面积的大小。

对于各种梁式称重传感器，端部加载条件的决定因素是：支承底座、托架、垫块的结构及所用材料的硬度、表面粗糙度等；支承方式，即根部固定的合理性，应尽量使其形成固支，具有足够大的平衡力矩。

综上所述，自动控制传感器，加载、承载边界条件的影响是称重传感器弹性元件结构设计必须认真考虑的问题。从应用角度讲，称重传感器的附件设计更关键。

圆柱式弹性元件在承受压向载荷时，截面积增加，使刚度和弹性模量均稍稍增大，输出小于线性值，呈递减的抛物线；在承受拉向载荷时，截面积减少，使刚度和弹性模量均稍稍减小，输出大于线性值，呈递增的抛物线，两者均产生较大的非线性误差。

轴向应变每变化100με时，截面积变化引起的非线性误差为0.003％。剪切式和平行梁式称重传感器，在承受拉伸和压缩载荷时，弹性元件的容积是相等的，即应变区截面积不发生变化，因此固有线性好。可推导出圆柱、圆筒式称重传感器因截面积变化引起的非线性误差△1=±0.56ε。为使圆柱、圆筒式称重传感器具有较高的准确度等级，必须进行非线性补偿。

圆柱、圆筒式称重传感器弹性元件应变区利用的是轴向和径向应变，由于泊松比μ的影响，轴向与径向应变相差很大，为了提高输出灵敏度S，必须加大轴向应变ε，而增大ε必然使P－ε函数中产生非常量因子，因此加大了非线性误差。正如美国Vishay公司《测量集团技术评论》 第TN－507号“电桥非线性所引起的误差”一文指出“此误差乃是电桥内某一桥臂电阻的变化与相邻桥臂电阻的反向变化不匹配所引起的，即圆柱式弹性元件的泊松比效应。圆柱式弹性元件的轴向应变每变化100με时，电桥的非线性约为0.007%”。可推导出的圆柱、圆筒式称重传感器因泊松比效应引起的非线性误差△2=0.72ε。

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