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本文所用的焊接密封型称重传感器的量程为500kg, 外形如图1所示。

考虑到称重传感器的输出同样会受到温度变化的影响。为了将温度造成的压差效应对传感器输出的影响与传感器自身受温度变化的影响区分开, 本文采用了如下的实验方法:

(1) 将焊接密封好的传感器样品置于温箱中, 设置温箱的温度循环顺序如下:25℃, -10℃, 25℃, 60℃, 25℃。记录传感器样品的零点输出情况。其中, 中间三个温度点的保温时间为10个小时;

(2) 在传感器样品的应力不敏感区开一个通气孔, 一般是电缆出线所在区域, 使得传感器内部密封腔体始终与外部大气相通。然后重复上述温度循环实验, 并对两次的试验数据进行对比。

3 试验结果

传感器样品在焊接密封状态下的零点输出随温度变化的曲线图, 如图2所示。传感器样品在通气状态下的零点输出随温度变化的曲线图, 如图3所示。通过对比试验可以看出, 传感器样品在密封状态下, 其零点输出在温度恒定状态下存在缓慢的漂移现象。当传感器样品在通气状态下, 其零点输出在恒温下保持稳定, 没有出现明显的漂移现象。因此, 我们可以假设, 传感器样品的零点输出不稳定是由于传感器密封腔体内的压力发生改变引起的:当外界温度变化时, 传感器密封腔体中的气体压力随温度变化而发生变化, 此时传感器内外压力不平衡会产生压力作用于弹性体上, 最终导致传感器输出的异常变化。

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随着科学技术的进步, 工业生产自动化、智能化水平的提高, 动态称重及应变式称重传感器被广泛应用。动态称重时, 被测物体的质量少数是变化的, 例如电子皮带秤所称量的物料, 多数是恒定的。因此对动态称重系统瞬态特性的要求可以放宽些, 只要在允许的称重时间内能够达到稳态, 准确的测量出重量即可。对于称重传感器而言, 最重要的机械部分是弹性元件, 因此, 弹性元件的结构合理, 材料稳定以及限度的滞后, 对称重传感器的准确度起着至关重要的作用。

2 弹性元件的结构设计要求

为了保证线性的载荷关系, 弹性元件应该是一个整体结构, 因为各连接件之间的位移都可以引起非线性和离散性。连接、摩擦接触、紧固或任何非整体状态都成为潜在的问题, 所以设计是没有运动部件的整体结构。弹性元件应有足够的热转换以防止电阻应变计自热, 如果其温度比弹性元件高, 那怕只差0.1℃, 就可能难以达到稳定的性能。在电阻应变计和补偿电阻面积上的任何温度梯度, 都能引起零点温度漂移或标定结果的变化。

在设计弹性元件时, 首先要考虑弹性元件的固有频率

2.1 固有频率

所谓固有频率, 就是能达到弹性元件本身最高的频率。为使振动对灵敏度的影响减至最小, 固有频率应尽量高, 即要求弹性元件结构具有较大的刚度和较小的质量。

圆柱式弹性元件是典型的没有多余部件的整体结构, 其固有振动频率f0为