应变式称重传感器设计(柯力黄青松)

《应变式称重传感器设计(柯力黄青松)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、应变式称重传感器设计一、在应变式称重传感器发展使中，有哪些技术创新在结构设计、制造工艺、性能评定上引起过重大变革？如何理解称重传感器的竞争主要是制造技术、制造工艺的竞争、是纳入高新技术开发产品和自主知识产权产品的竞争。（10分）答：1、1952年英国学者P•Jackson(杰克逊)首先研制出金属箔式电阻应变计。该应变计以环氧树脂为基底，采用全新的制造工艺，使其各项性能指标均有较大提高，是电阻应变计制造技术的突破性进展。应用于负荷传感器较大地提高了准确度和稳定度，促进了负荷传感器技术的发展。2、1954年S•SmYth(史密

2、斯)发现硅和锗半导体效应，其灵敏度系数比金属箔电阻应变计大50陪。1957年贝尔电话公司在此基础上研制出半导体电阻应变计，并被用于变换量程结构的负荷传感器和柱式负荷传感器的线性补偿，丰富了负荷传感器的品种，提高了制造工艺水平。3、1973年美国学者Hollistem(霍格斯特姆)为了克服测量拉伸、压缩、弯曲应力的正应力负荷传感器的固有缺点，提出了不利用弹性元件的正应力，而利用与弯矩无关的切应力理论，设计出悬臂梁结构圆截工字形截面切应力负荷传感器，打破了传统的正应力负荷传感器的一统天下。并以其输出对加载点变化不敏感，同时进行

3、拉、压向加载时灵敏度对称性好，抗侧向和偏心负荷能力强，结构简单紧凑，尺寸小，重量轻等特点形成了一个新的发展潮流。4、1974年美国学者Stein(斯坦因)提出用数学模型计算分析负荷传感器弹性元件，推动了设计技术的发展。德国学者Edom（埃多姆）利用有限单元法计算分析弹性元件的应力场，位移场求得最佳化设计，为利用现代科学技术手段计算与设计负荷传感器开辟了新途径。5、1978年我国航天科研部门首先研制成功并实际应用了拉压两用的S形切应力负荷传感器，取得了较为理想的结果。6、1975年前后，为满足商业领域零售商品称重计量用电子计

4、价秤的需要，美日等国研制出测量弯曲应力的平行梁结构负荷传感器。7、1979年美国国家标准协会发布了“应变式力传感器的性能指标和试验标准”（ANSI/ISA-S378），英国标准化协会（BSI）制定“应变式力传感器的检定规程”,我国机械和航天工业部分别定制了“应变式力负荷传感器标准”。8、20世纪80年代初由美国负责起草了“称重传感器量规程”。9、20世纪80年代中期，美国TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德国HBM公司等先后研制出整体和分离型数字智能称重传感器。10、20世纪90年代以来称重传感器的结构与工艺设计

5、中的拟实技术和虚拟技术；多品种、大批量生产中的柔性制造技术；生产工艺的实时控制与自动测试的计算机网络技术等。制造工艺是称重传感器生产过程中最活跃最积极的因素是研究成果转化为商品的桥梁；制造工艺不公是基础的工艺技术，而是称重传感器生产过程中起核心作用的专业技术；秒重传感器的竞争，主要是制造技术，制造工艺的竞争，因此它是企业的核心竞争技术。二、简述应变式称重传感器的主要设计原则。确定额定量程P=30t，许用应变[ε]=1000×10-6的40CrNiMoA钢（E=2.1×104kg/mm2，μ=0.3）制圆柱形弹性元件的外径D

6、，并计算电阻应变计K=2、供桥电压Ui=10V时的灵敏度。（10分）答：传感器弹性体设计时应遵守以下几原则（1）、弹性元件应变区受力单一，应力分布均匀；（2）、支承区尽量形成刚性固定，安装力远离应变区，必要时采取柔性隔离技术；（3）、加载、承载的压头、压垫设计，应使加载线与弹性元件中心线重合，保证加载点稳定不变；（4）、弹性元件的结构和外壳设计应尽量消除或减少力学干扰因素（横向力、弯矩、扭矩）的影响，把性能波动减至最小；（5）、若结构条件允许，尽量采取过载保护措施，提高工作的安全可靠性；（6）、弹性元件应变区贴片处应开敞便

7、于贴片作业,贴片表面尽量为平面并容易安装加压固化夹具；（7）、弹性元件粘贴电阻应变计处便于防护密封作业，焊接膜片的钢度及焊接坡口设计合理，保证密封质量；（8）、在结构设计的同时应考虑制造工艺，作到设计为可制造性服务；（9）、在结构设计时还应考虑可靠性，即称重传感器的可靠性设计就是考虑可靠性的称重传感器设计；（10）、工艺设计应有利于大批量生产和工艺流程网络化的统计制程管理。解：弹性元件的截面积计算由σ=P/A得A=P/σ在许用应变[ε]下的应力为σ=E[ε]，则A=P/E[ε]=30000/(2.1×104×1000×10

8、-6)=1428.57mm2由A=πD2/4得弹性元件的直径为D=(4A/π)1/2=(4×1428.57/3.1416)1/2=42.65mm其轴向应力为σ=P/A=4P/πD2=4×30000/3.1416×42.652=20.999kg/mm2轴向应变εL为εL=σ/E=20.999/2.1×10