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应力分布改善在制作高性能桥式传感器实践中的应用

作者:时间:2013-07-01来源:网络
引言

在我国称重传感器制造业生产的各种结构传感器中,钢制以其独特的两端支撑,中间受力的结构形式,使大吨位传感器进入了高准确度、高可靠性的计量领域。同时,传力组件采用球面压头,充分发挥了钢球可自动复位和调心的优势,良好的抗侧向力和抗冲击性能,安装方便,互换性好等优势在我国的汽车衡称重领域发挥着独领风骚的作用。但是,传感器的量程绝大部分局限于10吨以上,而10吨以下量程的寥寥无几。为满足用户需求,我们进行了小量程3吨传感器的开发工作。

1.桥式3吨传感器的设计

为了保持安装使用的简单化和通用性,3t传感器采用10t传感器的安装尺寸,同时要求传感器除弹性体外其余的零部件通用,这就要求我们在传感器的设计过程中只能改动应变区的尺寸且不能影响传感器安装尺寸。

1.1小量程结构设计缺陷

的结构是两端固定,剪切力施加在工字型断面上(图1):


图1 图2

因此:贴片部位受到的剪切力为:½ F ;

由弹性体应变部位断面受力分析图(图2)得剪切应力:

根据公式(1),当y = 0 时τ最大:

其中:泊松比:ν;材料的弹性模量:E 。

根据公式(2)和(4),得出传感器应变梁t的一元二次方程:

已知灵敏度2mV/V时

ε=1200με,设ν=0.3,E=2.1×104kg/mm2;

把10t传感器弹性体尺寸(c × d × h=56mm × 52mm × 35mm)代入公式,求得:

t1=1.78mm,t2=-25.81mm(舍去)。

同时½(d-h)=½(52-35)=8.5mm 》1.78mm,图2中工字梁中的上下横梁的尺寸远大于竖梁(应变梁)的尺寸。在传感器加载应变梁应变过程中,上下横梁的强度相对于应变梁的强度高过许多,加载产生的剪切应力没有起到应有的作用,使应变梁未能产生相似的变形,也就不能发生足够的微应变,使传感器的输出灵敏度远低于设计要求的2mV/V。

1.2、改进方案

方案一:

为使剪切应力起到足够的作用,调整A、d和h,使图2中的上下横梁尺寸与应变梁的尺寸尽量相近。由设计要求知道,尺寸c和A不能做出改变,改变d很难达到我们的要求,减小h才能增加t,由于c的关系,太小的h会给传感器的制作等增加很多困难,因此采用缩小弹性体的应变区域的局部尺寸,改变d和h的大小,但保持安装尺寸不变的方案进行(见图3)。


图3 称重传感器相关文章:称重传感器原理

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