称重传感器加载、承载边界条件的影响

通常一台称重传感器有两个承受载荷的接触面，即引入载荷的接触面和传递载荷的接触面。对于承受压向载荷的称重传感器，过程自动控制传感器，两个承受载荷的接触面为弹性元件的上球面和下底面；对于承受拉向载荷的称重传感器，两个承受载荷的接触面为上、下螺纹的啮合面；对于平行梁式称重传感器，两个承受载荷的接触面均为弹性元件的一部分；对于一些剪切梁式称重传感器，一个接触面为弹性元件的一部分，另一个接触面与弹性元件分离，过程控制传感器，因为它有一个固定的连接底座。

在上述加载、承载边界条件中的每一个接触面上，载荷的分布取决于接触面上的加载条件。因此这些加载条件的变化将引起接触面上载荷分布的变化，即使在接触面上总的作用载荷保持不变，也将导致称重传感器的灵敏度变化。

对于应用上压头、下压垫的压式称重传感器，决定加载边界条件的因素有：

（1）与弹性元件加载面相接触材料的特性，如摩擦系数、硬度等；

（2）与加载表面相接触压头的表面形状，如平面、曲面曲率、接触圆大小等；

（3）加载后，接触面的变形。

对于应用螺纹接触面引入载荷的拉式称重传感器，决定加载边界条件的因素有：

（1）螺纹加工精度（即螺纹中径的尺寸精度）；

（2）拉式接头或关节轴承拉头与弹性元件螺纹的啮合面积的大小。

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圆柱、圆筒式结构的称重传感器焊接密封膜片引起的非线性误差

圆柱、圆筒式结构的称重传感器，通过环形平膜片或波纹膜片与弹性元件和外壳焊接实施密封。其焊接密封的关键是即要保证密封，又要允许弹性元件与密封外壳之间有较小的相对运动，此问题处理不好将产生非线性误差。因此，必须对膜片的应用、性质和制造方法进行理论和应用研究。

圆柱、圆筒式称重传感器的外壳材料必须与弹性元件材料具有相同的线膨胀系数或采用与弹性元件相同的材料，防止环境温度变化时，由于超静定结构变形不协调而产生内应力，因外壳尺寸改变导致密封腔内气体压力变化，致使膜片承受的内外压力差改变，引起称重传感器的温度漂移。因此需要考虑温度补偿方法，主要是温度变化时，要求波纹膜片对内应力和外壳的内外压差有调节功能。

波纹膜片是一种压有同心折皱的圆形薄板，为便于和弹性元件、密封外壳焊接在一起，在膜片中央和外圆周边须留下一光滑部分，并弯成h=2mm高的直角边，便于焊接密封，波纹膜片作为一种密封膜，在称重传感器弹性元件产生位移（一般为0.2～0.5mm）时，其挠度可以补偿此位移，并基本保持固有的弹性性能。波纹膜片折皱的深度和形状，即膜片表面的波纹，可以设计成多种多样结构，有正弦波纹、圆形波纹、梯形波纹、锐角波纹等。

如果波纹膜片沿中心和周界固定，而又在中心产生一定的位移时，根据此位移的数值就能确定作用力的大小。一般多根据位移或力与挠度之间的关系进行选择，但波纹小的膜片具有明显的非线性特征，且膜片的刚度随同其挠度的增大而增大。随着膜片波纹深度的减小，膜片的性质就接近于普通平簿板，完全没有波纹膜片刚度小、能过分弯曲的特征。与平板膜片相比，将波纹膜片周边弯成2mm高的直角边，对波纹膜片的特性无明显影响，可保证其有足够的挠度适应称重传感器弹性元件的变形。波纹的波数、间距、从波纹部分到中心和周边光滑部分的过度方式等问题，尚无试验研究，总之尽量短小即可。

在选择称重传感器弹性元件结构时，其固有线性至关重要。引起非线性误差的主要因素是弹性元件、电阻应变计、惠斯通电桥，较小的因素是制造工艺。电阻应变计只要选择合理其非线性误差通常是很小的。惠斯通电桥的非线性误差取决于多少桥臂是工作臂、桥臂的组成与连接方式、各电阻应变计的应变值。弹性元件的非线性起决定性作用，其非线性误差可能来自：

（1）应变区的面积效应；

（2）变形大，设备自动控制传感器，应变程度高；

（3）泊松效应导致载荷与应力（P－σ）关系的非线性；

（4）边界条件和密封膜片的载荷的分路作用；

（5）弹性元件材料特性的非线性，即应力应变关系并非完全线性。

这些因素在确定弹性元件结构及边界条件，选择金属材料热处理规范，电阻应变计结构、尺寸及工作特性时都应进行优化组合。

本文以最基本较简单的两端固支矩形截面粱为基础结构，应用简支理论分析进行简化，建立数学模型研究应力、应变张量，求得电阻应变计较好粘贴位置。并以轮辐式称重传感器为例，分析和推算电阻应变计在弹性元件上的定位误差。

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