引言

在我國電子汽車衡是衡器應(yīng)用中最為廣泛的產(chǎn)品之一，是大宗物料稱重計量和貿(mào)易結(jié)算的主要計量設(shè)備，具有準確、方便、快捷的特點，廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、電力、糧食等各行各業(yè)。國內(nèi)現(xiàn)有的電子汽車衡使用中，剪切梁傳感器的使用占有一定的比例。而雙剪切梁稱重傳感器俗稱橋式稱重傳感器。在我國絕大多數(shù)鋼制橋式傳感器以其獨特的兩端支撐、中間受力的結(jié)構(gòu)形式，使大噸位傳感器進入了高準確度、高可靠性的計量領(lǐng)域。同時，傳力組件采用球面壓頭，充分發(fā)揮了鋼球可自動復位和調(diào)心的優(yōu)勢，具有良好的抗側(cè)向力和抗沖擊性能，安裝方便，互換性好，在我國的汽車衡稱重領(lǐng)域發(fā)揮著獨領(lǐng)風騷的作用。

1工作原理及特點

一體化小橋式傳感器的工作原理與橋式傳感器原理相同,它不是測量正壓力，而是測量由剪切力引起的切應(yīng)力。切應(yīng)力本身是測量不出的，它能產(chǎn)生與工字梁中心軸線成45。的互相垂直的主應(yīng)力，也就是產(chǎn)生由切應(yīng)力而引起的拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力。因此，此傳感器應(yīng)變梁的截面形狀呈現(xiàn)矩形截面工字梁結(jié)構(gòu)，在兩個工字梁的腹板兩側(cè)布置八片（每側(cè)各四片），將應(yīng)變計的絲柵方向與中心軸線方向成45?；?35。。這八片應(yīng)變計組成全橋，當傳感器承受載荷時，四片應(yīng)變計電阻值增加，另外四片電阻值減小，其結(jié)果是在電橋的對角線上，產(chǎn)生與載荷成正比的不平衡輸出。利用這一原理可測量力或載荷的大小。

2分體橋式傳感器的缺陷

目前，國內(nèi)絕大多數(shù)傳感器生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的橋式傳感器是將彈性體與底座組件分開的，在彈性體兩個端部與底座組件用兩個螺栓連接成一個整體。圖1所示是分體橋式稱重傳感器的組件圖。

首先，在橋式稱重傳感器的使用過程中，雖然彈性體兩端已用螺栓與底座組件旋緊，但畢竟彈性體與底座組件是分體的，所以彈性體與底座組件的接觸面處就會產(chǎn)生微量的滑動,這個微量的滑動作用在彈性體上，與摩擦力的方向也相反。這樣會導致在彈性體的應(yīng)變區(qū)處同一載荷（加載或卸載）下的剪應(yīng)力發(fā)生一定的變化。彈性體在加載和卸載的過程中底座組件對彈性體的摩擦力方向不同，造成彈性體應(yīng)變區(qū)處剪應(yīng)力的變化也有一定的差異，這樣會導致傳感器遲滯誤差的波動，從而降低了傳感器在使用過程中的測量精度。

其次，為了減少或消除彈性體與底座組件接觸面間的滑動摩擦，就必須提高彈性體和底座組件相互接觸表面的加工表面粗糙度，提高接觸表面的加工質(zhì)量，但這給機械加工帶來了一定的難度。為了提高接觸面的表面粗糙度，同一加工表面必須經(jīng)過多次走刀，甚至需要磨削加工，才能提高加工表面的粗糙度要求。這樣不僅增加了加工工序，延長了加工周期,而且底座組件是組焊接，當各個零件進行組裝焊接時，不可避免造成零件的變形。為了傳感器的使用精度要求，就必須對底座組件的相關(guān)表面提出形位公差的要求。要想保證這些形位公差，必定要對底座組件的相關(guān)表面進行二次加工。這樣造成機械加工成本增加，同時也降低了工作效率，所以不適應(yīng)大批量生產(chǎn)加工。

圖1  分體橋式稱重傳感器構(gòu)件圖

再有就是這種分體橋式稱重傳感器為了在彈性體的兩端連接螺栓，就必須在彈性體的兩端留有一定空間，所以造成彈性體長度方向的幾何形體較大，增加了自身重量。這樣不僅增加了原材料的成本，還給運輸、安裝和維護帶來許多不便。

3—體化小橋式傳感器的設(shè)計結(jié)構(gòu)

陜西電器研究所生產(chǎn)的一體化小橋式傳感器是將彈性體與底座組件融為一體的一種結(jié)構(gòu)，這種形式的傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

這種一體化小橋式傳感器與原分體橋式傳感器相比，其最大的優(yōu)勢是取消了兩端部彈性體與底座組件的連接螺栓。一體化小橋式稱重傳感器的總長比原來分體式橋式傳感器總長縮短了三分之一，高度也降低了三分之一。這樣，幾何尺寸縮小了，重量也降低了，也節(jié)省了原材料的成本，同時更便于運輸、安裝和維護。再有由于彈性體與底座組件融為一體，所以避免了在加載和卸載過程中彈性體與底座組件之間接觸面微量滑動，從而提高了傳感器的測量精度。由于不需要加工底座組件，所以降低了機械加工難度和生產(chǎn)工序的繁瑣。為了降低加工難度，將一體化小橋式稱重傳感器的彈性體與安裝底板的接觸面積縮小，面積越小，加工表面的精度越易于保證,故也提高了生產(chǎn)效率，所以適合大批量生產(chǎn)加工。

圖2  —體化小橋式傳感器結(jié)構(gòu)圖

4—體化小橋式傳感器的優(yōu)點

一體化小橋式傳感器具有以下優(yōu)點：

第一，輸出信號不受測力點位置變化的影響。由于此結(jié)構(gòu)的稱重傳感器所測的剪力沿應(yīng)變梁長度方向為一常量，稱重傳感器輸出與梁彎矩無關(guān)，只與剪應(yīng)力成比例，因而輸出對加載點變化不敏感。

第二,由于應(yīng)變區(qū)為工字梁，在腹板上中性軸處的應(yīng)力單元為純剪切狀態(tài)，在外載荷作用下受剪的截面積不發(fā)生變化,各電阻應(yīng)變計產(chǎn)生基本相同的電阻變化，所以固有線性好，精度高。

因為工字形截面剪切應(yīng)力分布比較均勻，電阻應(yīng)變計粘貼在四個盲孔內(nèi)的最小寄生應(yīng)力區(qū)，利用貼片與組橋技巧，可以提高抗側(cè)向和偏心載荷的能力。

第四，電阻應(yīng)變計及補償元器件均在盲孔內(nèi)，不僅得到了最好的保護，而且還便于密封膠的灌封，更有益于焊接密封防護，防護等級可達到IP67。

第五，由于采用了鋼球作為傳力機構(gòu)，鋼球與球座接觸外載荷理論上是點接觸，實際是一個很小的接觸圓。由于鋼球只傳遞軸向載荷，不傳遞橫向載荷和橫向扭矩，保證了測量準確度。

第六，由于重量輕，生產(chǎn)過程中的勞動強度降低了，生產(chǎn)效率提高了，比較適合于批量生產(chǎn)，同時更便于安裝和維護。

5結(jié)語

陜西電器研究所生產(chǎn)的一體化小橋式稱重傳感器，它的使用和測量精度高，長期穩(wěn)定性好。幾何形體縮小了，傳感器的自重減小，更便于運輸、安裝和維護。從經(jīng)濟方面，縮短了生產(chǎn)和安裝的周期，提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本，最主要的是提高了衡器產(chǎn)品的質(zhì)量及用戶滿意度。

20211022_6172c9a356708__一體化小橋式稱重傳感器的設(shè)計