应用称重传感器测量倾角的方法

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1、第17卷第3·4期四川理工学院学报（自然科学版）Vol.17No.3·4JOURNALOFSICHUANUNIVERSITYOF2004年12月SCIENCE&ENGINEERING（NATURALSCIENCEEDITION）Dec.2004文章编号：1008-438X（2004）03·04-0034-05应用称重传感器测量倾角的方法田安华（四川理工学院电子与信息工程系，四川自贡643000）摘要：提出了将称重传感器用于倾角测量的方法，并通过实验加以验证。实验结果及计算结果与文中理论分析基本吻合，说明用称重传感器进行倾角测量在理论上是正确的。该方法存在一定的测量误差，但误差分布规律性较

2、强，适合应用误差补偿方法以减小实际测量误差。经过补偿，使称重传感器测量倾角的实际误差减小了约99%，达到了较高的测量精度，完全可以满足工程实际倾角测量的精度要求。关键词：称重传感器；倾角测量；误差补偿；测量精度中图分类号：TP273文献标识码：A引言载荷和力传感器是试验技术和工业测量中使用最广泛的一种传感器，其中采用应变片式力传感器占有主导地位，量程从几克到几百吨，本文中称重传感器即是其中应用较多的一种。1称重传感器测量倾角的方法1.1测试方式设计图1用分度头实现力传感器倾斜角的测试方案1.1.1称重传感器的倾斜方式用机械加工中常用的分度头来实现将力传感器在某一垂直平面内倾斜放置的方案（

3、见图1主视图）。应用该方案，既能够实现力传感器在某一垂直平面内倾斜放置，又可以利用分度头的精确转动角度，保证力传感器的倾斜角度准确。1.1.2称重传感器的加载方式根据测量原理，应该给力传感器施加一个已知重力。该已知重力是通过一个加载装置实现的。收稿日期：2004-08-10作者简介：田安华（1965-），男，四川富顺人，实验师，主要从事传感技术、自动化及电子技术研究。第17卷第3·4期田安华：应用称重传感器测量倾角的方法35加载装置由一个连接轴和两个加载环组成。实际应用中，将连接轴用两个螺栓固定在力传感器上，然后把两个加载环分别装在连接轴的两端（图1左视图），这样就实现了对力传感器施加一

4、个已知重力。1.1.3检测方法实验过程中，用分度头的卡盘带动力传感器转动后停留在某一倾斜角度，使用高精度的数字电压表测量力传感器的输出电压信号，作为计算力传感器倾斜角度余弦值的原始数据。1.2倾角测试实验在实验过程中，分别对两个称重传感器进行测试。每个称重传感器的测试步骤如下：(1)先将称重传感器处于水平状态（倾角α＝0°），记录其输出电压。(2)以9°为步长测量称重传感器从0°～90°倾斜时的输出电压。(3)只做倾角增加过程的实验，不做倾角减小过程的实验，避免由于分度头传动系统的间隙造成实验误差。(4)将0°～90°倾角增加过程的实验重复三遍。称重传感器测量倾角测试结果见表1。1.3理

5、论计算当被测力与力传感器的理想测力方向Z－ZΦ偏斜一个角度α时，被测力P与力传感器实际测得的值P1存在关系:P=Pcosα其测量误差ΔP为：∆P=P−P=P(1−cosα)11P1由此可得测量倾角关系式:cosα=PP根据表1的测试结果，运用测量倾角关系式cosα=1,P为已知重力，P1为称重传感器所P测重力,可以分别得到1号和2号称重传感器测量倾角测试的计算结果（表2、表3）。cosα1为倾角余弦值的计算结果，α1为倾角值的计算结果。2倾角测量误差分布情况分析2.1测试结果的可靠性分析表1称重传感器测量倾角测试结果传感器真实倾1号传感器输出电压(mV)2号传感器输出电压(mV)斜角度α

6、第一遍第二遍第三遍第一遍第二遍第三遍0°19.88019.88019.87918.60018.60418.6059°19.66919.66919.67018.40018.40518.40518°18.94518.94218.94717.72617.73217.73427°17.73917.73817.73916.59616.60416.60436°16.06616.06816.06715.03115.03615.03645°13.97113.97013.97013.07313.07513.07654°11.50811.50511.50610.76410.76810.76763°8.729

7、8.7298.7308.1658.1718.17072°5.7155.7195.7135.3455.3465.34581°2.5382.5382.5392.3682.3702.37290°-0.721-0.722-0.724-0.686-0.684-0.68436四川理工学院学报（自然科学版）2004年12月从表1所示实验结果来看，1号称重传感器和2号称重传感器测量倾角测试实验的重复性都很好，说明测量倾角的实验条件稳定，测试结果可靠