電子地磅柱式傳感器傾斜誤差問題初探
電子地磅柱式傳感器傾斜誤差問題初探
電子地磅柱式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗過載和抗側(cè)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在大容量稱重衡器中得到廣泛的應(yīng)用。但是,在地磅柱式傳感器的實(shí)際應(yīng)用中,不可避免的會發(fā)生電子地磅傳感器傾斜稱重的情況,從而造成了電子地磅傳感器的稱重誤差。本文采用彈性力學(xué)和理論力學(xué)方法,分析了電子地磅傳感器傾斜稱重情況下的誤差。
1.簡述
電子地磅柱式稱重傳感器是正應(yīng)力稱重傳感器中應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu),其中又以搖柱式傳感器應(yīng)用居多。與其他結(jié)構(gòu)相比,地磅柱式傳感器具有十分突出的優(yōu)勢,例如:結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于安裝;彈性元件剛度大、固有頻率高、動態(tài)響應(yīng)快;良好的抗沖擊和抗側(cè)載能力以及良好的防護(hù)性能。
但是,在實(shí)際應(yīng)用過程中,由于傳感器暴露在開放的環(huán)境中,環(huán)境的溫差造成了秤臺的熱脹冷縮,使得傳感器處于傾斜稱重狀態(tài),從而導(dǎo)致了地磅傳感器在不同溫度下稱量同一對象顯示不同的重量,給客戶的正常使用造成了困擾,因此研究分析電子地磅傳感器稱重誤差就顯得十分必要。
本文以方截面電子地磅柱式傳感器為例,采用彈性力學(xué)和理論力學(xué)方法對傳感器的傾斜稱重誤差進(jìn)行了分析探討,分析得到了電子地磅傳感器傾斜角度與傾斜誤差的函數(shù)關(guān)系,對后續(xù)的地磅傳感器設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償具有一定的參考意義。
2.傾斜誤差理論
假設(shè)彈性元件加工和應(yīng)變計(jì)粘貼為理想狀態(tài)。
如圖 1 所示,當(dāng)地磅傳感器處于豎直狀態(tài)時,應(yīng)變區(qū)拉
假設(shè)電子地磅感器上下連接件始終處于平行狀態(tài),且地磅傳感器傾斜時為純滾動。上連接件平行于應(yīng)變區(qū)方向 (x 方向) 平移了 x 的距離,垂直于應(yīng)變區(qū)方向 (z 方向) 平移了 z 的距離,則此時電子地磅傳感器的傾斜角度
將重力 W 和兩個方向的摩擦力 fx、fz 進(jìn)行力的分解,分解到傳感器軸向 (平行于軸線方向)和橫向x、z (垂直于軸線方向) 兩個方向,然后將合成后的軸向力等效到傳感器中心軸線上,因此其必然會產(chǎn)生附加彎矩 Mx、Mz。合成后的力和力矩如下式所示
由式 (21) 容易看出,當(dāng)電子地磅傳感器機(jī)加工以及貼片理想的情況下,彎矩對地磅傳感器的輸出不會產(chǎn)生影響,因此電子地磅傳感器的輸出僅取決于傳感器所受軸向力的大小。
3.傾斜誤差分析測試
假設(shè)已知電子地磅傳感器的傾斜角度 βx 和 βz,那么地磅傳感器在空間中的傾角就如式(6) 所示。
若地磅傳感器足夠長,即端頭效應(yīng)對應(yīng)變區(qū)的影響可忽略,則地磅傳感器正常輸出 (未經(jīng)補(bǔ)償) 的重量 Wβ 即為傳感器的軸力 Fv。
傳感器球頭半徑 SR 越大,傾斜誤差相對越大。
以某型小容量柱式傳感器為例,容量為 22.5t,
其球頭半徑 SR=180mm,傳感器高度為 L=89mm。
如圖 3 所示,地磅傳感器的傾斜誤差隨著傾斜角度的增大而減小,且呈二次曲線關(guān)系。對比測試曲線和模擬曲線可知,實(shí)際測試中傳感器的傾斜誤差小于理論模擬的誤差,這是因?yàn)槔碚摲治鲋胁捎昧私?jīng)典的彈性力學(xué)和理論力學(xué)理論,其未考慮結(jié)構(gòu)受載時的幾何非線性變形,而實(shí)際測試中結(jié)構(gòu)存在幾何非線性變形,這就使得理論模擬的傾斜誤差大于實(shí)際測試中的傾斜誤差。
4.結(jié)論
本文采用彈性力學(xué)和理論力學(xué)方法對地磅傳感器的傾斜稱重誤差進(jìn)行了分析探討,分析發(fā)現(xiàn):
(1) 電子地磅傳感器的傾斜誤差隨著傾斜角度的增大而減小,且呈二次曲線關(guān)系;
(2) 當(dāng)電子地磅傳感器傾斜角度一定的時候,傳感器高度 L 越高,傾斜誤差相對越小;傳感器球頭半徑SR 越大,傾斜誤差相對越大;
(3) 當(dāng)電子地磅傳感器機(jī)加工以及貼片理想的情況下,彎矩對地磅傳感器的輸出不會產(chǎn)生影響,傳感器的輸出僅取決于地磅傳感器所受軸向力的大小。