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一種新型的十字梁傳感器和三球模塊

作者:admin  日期:2013/4/23 9:47:04  閱讀:1702
  【摘 要】 目前國(guó)內(nèi)地磅所使用傳感器的結(jié)構(gòu)大多是從日本引進(jìn)的帶大球的橋式傳感器,雖然結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)目茖W(xué)和經(jīng)典,但體積較大,重量較重,為了方便安裝與運(yùn)輸,同時(shí)也響應(yīng)國(guó)家節(jié)能號(hào)召,南洋公司開(kāi)發(fā)了一種全新的十字梁傳感器和配套模塊,通過(guò)大量的試驗(yàn),在數(shù)據(jù)穩(wěn)定速度,提高秤體分辨率,免四角修正等方面經(jīng)受住了多個(gè)廠家的驗(yàn)證。

作為一個(gè)專業(yè)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)傳感器的廠家,我公司在和客戶的交流中得知傳統(tǒng)橋式傳感器比較笨重,攜帶不方便,同時(shí)在使用中大球容易脫落等等問(wèn)題,為了克服這些缺點(diǎn),公司從2007年開(kāi)始就進(jìn)行了十字形傳感器的試制和試驗(yàn),經(jīng)過(guò)多年的研究和努力,在結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)、工藝等方面都取得了顯著進(jìn)步。

本文主要從傳感器的結(jié)構(gòu),配件的結(jié)構(gòu),傳感器的各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明十字形傳感器的特性。

十字梁傳感器主要由彈性體,底板,連接螺絲等構(gòu)成,因其俯視圖像個(gè)字,因而得名為十字梁傳感器,如圖1所示。

正視圖 俯視圖

1

一、靈敏度的計(jì)算

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,十字梁傳感器可看成由4組工字懸臂梁組成,如圖2所示。

2

工字截面剪切應(yīng)力可用如拉夫斯基公示計(jì)算:

1

b I QSz y * = τ 1

其中:

剪力

Q=P/4

*yS 剪切截面對(duì)中性軸的靜矩

*yS 的計(jì)算

對(duì)圖工字截面梁,可看成由三個(gè)矩形截面合成

對(duì)翼櫞部分:

8 ) ( 4 ) 2 ( 2 2 1 *1 h H B h H h H B y A S y − = + − = = 2

對(duì)腹板部分:

8 4 ) 2 ( 2 2 2 *2 bh h h b y A S y = = = 3

將(2)(3)代入下列公式得到:

8 ) ( 2 2 2 *2 *1 * bh h H B S S S y y y + − = + = 4

Iz剪切截面對(duì)中性軸的慣性矩

對(duì)圖工字截面梁,可看成由三個(gè)矩形截面合成

對(duì)翼櫞部分:

24 ) 2 ( 32 ) 2 ( 32 3 3 3 3 2 2 2 2 1 Bh BH h B H B d By I I H h y z z − = − = = = 5

對(duì)腹板部分:

123 22 2 3 bh d by I hh y z = = 6

將(5)(6)代入下列公式得到:

12 3 3 3 3 2 1 bh Bh BH I I I I z z z z + − = + + = 7

沿中性軸 45°方向產(chǎn)生的變化符合純剪切狀態(tài),所以有:

將(4)(7)代入(1)得到

33 3 2 2 2 max )( ) ( 83 bh h H B bh h H B bP + + = τ 8

} 33 3 2 2 2 max 45 )( ) ( 83 12 bh h H B bh h H B bP o + + = = = τ σ σ σ 9

2

在剪切比例極限內(nèi),剪應(yīng)力和剪應(yīng)變服從剪切胡克定律:

Gmaxmaxτγ= 10

)1(2μ+=EG 11

}Go22maxmax4512τγεεε=== 15

將(9)(14)代入(15)后得到

33322245)()(8)1(3bhhHBbhhHBEbPo+++=με 16

傳感器輸出ibhhHBbhhHBEbPKUiKUSo××+++==1000)()(8)1(333322245με 17

其中i為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),針對(duì)十字梁傳感器,i=0.85

以一30t十字梁為例,預(yù)留靈敏度溫度補(bǔ)償量,分別取B=36mm,如無(wú)特別說(shuō)明,以下長(zhǎng)度單位都為mm);b=10H=44;h=28,將數(shù)據(jù)代入(17)得出S=2.25mV/V。

二、彈性體的加工

由于十字梁傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜,如果采用傳統(tǒng)加工方法則費(fèi)工費(fèi)料,缺乏經(jīng)濟(jì)性和批量加工實(shí)用性,為解決這個(gè)難題,浙江南洋傳感器制造有限公司大膽啟用新工藝,將模鍛方法引入到傳感器的加工,通過(guò)模具將棒料鍛打出十字梁的毛胚(如圖3所示)。

3

三、性能測(cè)試情況

地磅安裝好后調(diào)試的關(guān)鍵過(guò)程就是角差的調(diào)整,引起角差的其中一個(gè)主要原因是各傳感器的靈敏度不一致,而傳感器靈敏度不一致的原因一般有兩種,一是傳感器出廠時(shí)的靈敏度不一致,二是安裝時(shí)傳感器不垂直,受力點(diǎn)不在中心位置等因素。

對(duì)于第一點(diǎn),由于傳感器測(cè)試設(shè)備精度的提高,作為傳感器廠家在傳感器出廠時(shí)達(dá)到一致的靈敏度是比較容易控制的,然而通過(guò)圖一我們可以發(fā)現(xiàn),十字梁傳感器是由彈性體和底板通過(guò)螺栓連接組成,傳感器廠家都知道,連接螺栓預(yù)緊力的大小會(huì)影響傳感器的靈敏度,當(dāng)安裝時(shí)如果螺栓直接作用在底板上,會(huì)引起底板的變形,從而改變連接螺栓的預(yù)緊力,引

3

起傳感器靈敏度的變化,通過(guò)大量的試驗(yàn)和反復(fù)的思考,引入過(guò)渡套,如圖4,順利地解決了這一問(wèn)題。

4

而對(duì)于第二點(diǎn),跟基礎(chǔ)、承載器、現(xiàn)場(chǎng)安裝等一系列因素有關(guān),并不太容易控制,為了能夠得到比較理想的角差,這就要求傳感器有較好的抗偏載能力和抗側(cè)向能力。

十字梁傳感器因其特殊的十字結(jié)構(gòu),偏載力和側(cè)向力能夠得到很好的消除,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表格: 加載值(t)

正常測(cè)試

加載一

加載二

加載三

平均值

 

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

5

0.34185

0.34179

0.34180

0.34181

10

0.68364

0.68357

0.68355

0.68359

15

1.02546

1.02539

1.02537

1.02541

20

1.36724

1.36716

1.36716

1.36719

25

1.70905

1.70898

1.70900

1.70901

30

2.05092

2.05083

2.05083

2.05086

25

1.70930

1.70922

1.70922

1.70925

20

1.36773

1.36766

1.36767

1.36769

15

1.02555

1.02548

1.02555

1.02553

10

0.68373

0.68365

0.68367

0.68368

5

0.34188

0.34181

0.34183

0.34184

0

0.00005

0.00002

-0.00003

0.00001

 

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