传感器放大器

在选择称重传感器弹性元件结构时，其固有线性至关重要。引起非线性误差的主要因素是弹性元件、电阻应变计、惠斯通电桥，较小的因素是制造工艺。电阻应变计只要选择合理其非线性误差通常是很小的。惠斯通电桥的非线性误差取决于多少桥臂是工作臂、桥臂的组成与连接方式、各电阻应变计的应变值。弹性元件的非线性起决定性作用，小体积传感器，其非线性误差可能来自：

（1）应变区的面积效应；

（2）变形大，应变程度高；

（3）泊松效应导致载荷与应力（P－σ）关系的非线性；

（4）边界条件和密封膜片的载荷的分路作用；

（5）弹性元件材料特性的非线性，即应力应变关系并非完全线性。

这些因素在确定弹性元件结构及边界条件，选择金属材料热处理规范，电阻应变计结构、尺寸及工作特性时都应进行优化组合。

本文以最基本较简单的两端固支矩形截面粱为基础结构，应用简支理论分析进行简化，建立数学模型研究应力、应变张量，求得电阻应变计较好粘贴位置。并以轮辐式称重传感器为例，分析和推算电阻应变计在弹性元件上的定位误差。

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?传感器面积效应引起的非线性误差

由面积效应、电桥各桥臂及类似的几何参数变化而引起的高次影响，其典型值为：温度变化1000F或60℃时，影响量达0.1～0.2％。然而，它们对称重传感器输出的影响，很难同温度引起的别的误差相区别，故必须对所有这些效应的综合作用所引起的输出随温度变化进行补偿。

通常，圆柱、圆筒式弹性元件的高度与直径比H／D=3～5。由于圆柱、圆筒式结构还会受到非轴向分力引起的二次效应的影响，所以必须采取措施，把轴向载荷同非轴向分量所产生的输出分离开来。

受面积效应影响，承受压向载荷时弹性元件的刚度连续增大，而承受拉向载荷时则弹性元件的刚度连续减小。这一论点是基于弹性模量保持恒定并与同时发生的密度变化无关的假设。然而，实际上是承受压向载荷时弹性模量稍稍增大，承受拉向载荷时弹性模量稍稍减小，结果使得面积效应更加严重。虽然弹性模量的这种变化很小，以至在一般材料性能试验中难以检测出来，但从现代电阻应变式称重传感器的准确度等级来说，其影响仍然是显著的。即使不考虑弹性模量随应力的变化，我们至少可以估算出由于面积变化引起的非线性误差。当圆柱式弹性元件的轴向应变每变化100με时，面积变化所引起的非线性约为0.003%，这是很可观的，采购传感器，不能忽视。

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小量程平板式称重传感器顾名思义为一平板结构，即在一块长方形的平板上，与两个长边相等的距离内对称的加工出两个长孔，形成中间矩形截面的应变梁和两边中心带承载凸台的矩形截面支承梁。应变梁的中心为载荷引入点，当外载荷施加于应变梁的中点时，在两边支承梁中心凸台的支承下，应变梁产生弯曲变形，其结果便在应变梁的根部和中心载荷点两侧产生对称的拉应力和压应力，单轴电阻应变计就粘贴在应变梁表面上的拉应力和压应力区域内。

小量程平板式称重传感器具有如下特点：

（1）结构简单紧凑，外形低；

（2）几何形状简单，容易加工出较高的形位和尺寸精度，固有线性好；

（3）单轴电阻应变计粘贴在应变梁的表面，工作面开敞，有利于粘贴作业和电阻应变计的防护与密封；

（4）应变梁与支承梁为一整体结构，无端部效应和底部摩擦影响，滞后和蠕变误差较小；

（5）特别适合制造大台面薄型或超薄型电子秤。

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