第五屆全國稱重技術研討會論文集

    [摘要] 本文介紹了一種新型結構的三半環(huán)式傳感器。重點對三半環(huán)式傳感器的整體結構，進行了受力分析和理論計算，給出了輸出電路和測試結果。該TB111-3型 三半環(huán)式傳感器已獲得中華人民共和國國家知識產(chǎn)權局專利，專利號：L03251824.2。實用新型名稱：三半環(huán)式傳感器。

    關鍵詞：三半環(huán)結構 雙路輸出 專利產(chǎn)品

1.結構

    TB111-3 型三半環(huán)式傳感器的總體結構見圖1。

圖1 三半環(huán)式傳感器總體結構圖 圖中：1彈性體 2膜片 3外套組件

    1.1彈性體結構
    彈性體結構見圖2。

圖2 彈性體結構

    如圖所示，它是由三個變截面半環(huán)構成。其特點是：六個應變區(qū)均勻分布在與負荷軸線相垂直的一個平面上，每個半環(huán)上有兩個應變區(qū)。三半環(huán)式傳感器為整體結構，它是由上下兩部分的承載板、中部的變截面應變區(qū)所構成。當負荷加載到三半環(huán)式傳感器之上時即刻進入工作狀態(tài)。三半環(huán)式傳感器的工作狀態(tài)相當于一個三條腿的板凳加上適當負荷，此時狀態(tài)是很穩(wěn)定的，并且對基面要求可以不是很平。這種情況要比兩條腿和四條腿的板凳加上適當負荷要穩(wěn)定得多。

    1.2彈性體計算公式
    如圖3所示，由材料力學分析可知，環(huán)上各點的彎矩為：

    （此處W’為總負載W的三分之一）

圖3 三半環(huán)彈性元件

    應變計粘貼處的特征點（1，2，3，4）彎矩最大，分別為：

    特征點處的抗彎模量為：

    所以，特征點處的最大應變值為：

    由特征點處的應變計組成應變電橋的輸出與輸入電壓之比與重力W的關系為：

    式中： △U——與外力成正比的電橋輸出電壓（mv）
           U_in——電橋輸入電壓（v）
           W——重力
           K——應變計靈敏系數(shù)
           E——彈性體材料的彈性模量
           r——環(huán)的平均半徑
           b——環(huán)的厚度
           h——環(huán)壁的厚度

    當然，這種計算是十分粗糙的估算。

    1.3電器結構
    彈性體為受力敏感元件，將電阻應變片按一定的工藝粘貼到彈性體上，組成惠斯通電橋。橋路與彈性元件結構結合,使被測值為各應變點之和并可自動平衡由偏載所產(chǎn)生的誤差。彈性元件不受載荷時，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為零。彈性元件粘貼電阻應變片的部位為應變區(qū)，當傳感器承載荷時產(chǎn)生與載荷成正比的輸出電壓，從而測出外加載荷的大小。

     圖4是TB111-3 型三半環(huán)式傳感器的接線圖

圖4 三半環(huán)式傳感器接線圖

    1.4總體結構
    從TB111-3型三半環(huán)式傳感器的總體結構圖1中可以看出該傳感器有兩路輸出，在實際應用中：一路信號用于主測試、另一路用于控制中的信號源。根據(jù)不同要求也可用于其它場合，例如一路用于信號，一路作備用。

2.測試結果

    2.1技術指標
    靈 敏 度： 0.75～1.00mv/V
    綜合精度： 0.05%FS
    橋    壓： 30～40V
    變 形 量： 小于0.09mm（滿量程）
    加載方式： 拉，壓兩用
    輸出方式： 雙路輸出
    量    程： TB111-3（30kN）、TB111-5 (50kN)
    電    纜： 四芯屏蔽電纜長度10米

    2.2測試結果
    對兩種規(guī)格共4支傳感器測試結果如下：

3.討論

    傳統(tǒng)的板環(huán)結構與三半環(huán)式傳感器的差別見下表：

    由此可見，三半環(huán)式傳感器具有穩(wěn)定的優(yōu)點在日益擴展的傳感器應用領域中應該有其更廣的應用。當然，世界上沒有完美的東西，三半環(huán)式傳感器也存在它的缺點，仍需進一步開發(fā)和研制，以便更好的適應社會的需求。

參考文獻

馬良主編 應變電測與傳感器技術 中國計量出版社1993年11月第一版第380頁

<全文完>