测力称重传感器(浅谈扭环式测力传感器)

Posted 2023-05-31

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测力称重传感器(浅谈扭环式测力传感器)

扭环式称重传感器量程从 1t 到 470t可以为平台秤，汽车衡和过程称重提供完美的解决方案，可以覆盖几乎所有过程称重的所有领域。测力要求力值测量的作用力力线与传感器受力同轴，因此，测力传感器大都采用轮辐式、扭环式、柱式等结构，在一些场合，也有用S型传感器替代使用的。

扭环式由于可以在度高度空间使用，因此，大都精密机械设备及检测场合，使用较多。下面，简要说明扭环式测力传感器构成及工作原理，便于正确选择，如量程、信号处理、等等，避免不必要的测量误差，以及由此产生的产品质量问题。

我们可以从以下几个方面判断扭环式称重传感的设计及技术参数是否符合使用要求：

l金属弹性体：看起来只是个金属，但这才是受力载体，弹性体的材质，是传感器受力强度、耐久性、零点、线性、蠕变性、抗过载、等等技术性能可靠的保证。

l简单测试方法：保持受力30分钟，卸载后，观察零点恢复速度及归零时间。

l固定螺孔：有无固定螺孔，在微型传感器上的螺孔，不仅要求金属材质，而且加工难度大大增加，尤其17-4PH不锈钢的加工。

l受力端点R：这个是标志性区分。普通加工为简单平面，没有弧面，这样，根本无法保证受力的一致性，不能弧面切点受力，受力压强随受力面变化而变化。

l高度及直径：由于微型传感器，金属弹性体体积限制，所受到的力的大小，将直接影响金属承载能力。

一些制造商，通过增加直径来降低高度，这样，受力就容易产生共振，长期负载也容易屈服损坏。一般，直径与高度比为2:1左右。制作难度以直径φ10为判断。直径φ20以上的，制作难度，大大降低。因为，应变计相对也制作简单。

l应变计：直径φ10以下，只有进口产品。φ20的，有国产产品替代。因此，传感器的直径大小，也是判断传感器制造能力的典型标记。

扭环式称重传感器工作原理：

弹性体受力形变，粘贴在弹性体上的电阻应变计（四片组成惠氏登电桥）形变，电阻值发生变化，电桥失去平衡，因为激励电压为恒定值，因此，信号端产生相应平衡电压。

扭环式称重传感器测量原理：

传感器信号处理器，经过低通滤波、放大，经过模/数转换，将原始电压信号处理成可以测量的标准模拟信号或可以运算的数字信号。

出线孔：出线孔的保护，说明传感器电缆线的质量，如果是防折断高质量电缆，是不需要加保护装置，影响弹性体应变。

以上，简单介绍了扭环式测力传感器的工作原理、内部结构、一些制造设计信息，供技术人员选型判断传感器的选型和使用。以免被伪技术、伪参数混乱；

影响测扭环式称重传感器稳定性的8大因素：

影响测力传感器稳定性的因素较多，归纳起来主要有：

1:测力传感器的结构

测力传感器的弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫的设计，都必须保证受载后在结构上不产生性能波动，或性能波动很小，为此在测力传感器设计时，应尽量作到应变区受力单一，应力均匀一致；贴片部位为平面；在结构上保证具有一定的抗偏心载荷和侧向载荷的能力；安装力远离应变区，测量时应避免载荷支承点的位移。尽管测力传感器属于装配制造产品，但为了保证具有技术性能和长期稳定性，尽可能将它设计成一个整体结构。

2:弹性元件的金属材料

弹性元件的金属材料对测力传感器的综合性能和长期稳定性起关键作用。应选择强度极限和弹性极限高，弹性模量的时间、温度稳定性好，弹性滞后小，机械加工和热处理产生的残余应力小的材料。有资料表明:只要材料淬火后的塑性好，它在机械加工和热处理后的残余应力就小。还要特别重视弹性模量随时间的稳定性，要求在测力传感器使用寿命期间内材料的弹性模具不发生变化。

3:机械加工与热处理工艺

弹性元件在机械加工过程中，由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力，切削用量越大，残余应力就越大，磨削加工产生的残余应力大。因此应制订合理的加工工艺和规定适当的切削用量。弹性元件在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和金属材料相变等原因，在芯部和表层产生方向不同的残余应力，其芯部为拉应力，表层为压应力。必须通过回火处理工艺，在其内部产生方向相反的应力，与残余应力相互抵消，减少残余应力的影响。

4:电阻应变计与应变粘结剂

电阻应变计应具有佳性能，要求灵敏系数稳定性好，热输出小，机械滞后和蠕变小，应变量为1000×10-6时疲劳寿命可达108，电阻值偏差小，批次质量均一性好等。应变粘结剂应具有粘结强度大，抗剪强度高；弹性模量较大且稳定；电绝缘性能好；具有与弹性元件相同或相近的热膨胀系数；蠕变和滞后小；固化时胶层体积收缩小等。粘贴电阻应变计时一定要严格控制胶层厚度，因为粘结强度随胶层厚度的增加而降低。

这是由于薄的胶层需要更大的应力才能变形，不易产生流动和蠕变，界面上的内应力很小，产生气泡和缺陷的几率也比较小，应变传递性能好，只要防护密封合理就可达到较高的稳定性水平。

5:制造工艺流程

应变式测力传感器的工作原理和总体结构决定了，在生产工艺流程中有些工序必须手工操作，人为的因素对测力传感器的质量影响较大。因此必须制订科学合理并可重复的制造工艺流程，并在其中增加电子计算机控制的自动化或半自动化工序，尽量减少人为因素对产品质量的影响。

6:电路补偿与调整

应变式测力传感器属于装配制造，贴片组桥后就形成了产品，由于内部不可避免的产生一些缺陷和外界环境条件的影响，测力传感器的某些性能指标达不到设计要求，因此必须进行各项电路补偿与调整，提高测力传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性。完善而精细的电路补偿工艺，是提高测力传感器稳定性的重要环节。

7:防护与密封

防护与密封是测力传感器制造工艺流程中的要害工序，是测力传感器耐受客观环境和感应环境影响而能稳定可靠工作的根本保障。如果防护密封不良，粘贴在弹性元件上的电阻应变计及应变粘结剂胶层，都会吸收空气中的水分而产生增塑，造成粘结强度和刚度下降，引起零点漂移和输出无规律变化，直至测力传感器失效。

因此有效的防护密封是测力传感器长期稳定工作的根本保证，否则将使各项工艺成果前功尽弃。

8:稳定性处理（人工老炼试验）

提高测力传感器的稳定性除处理好上述各种因素的影响外，最重要的途径就是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件进行有效的人工老练试验，尽量多的释放残余应力使其性能波动减至最小。