稱重傳感器 的未來(lái)和設(shè)計(jì)方向

   在新稱重傳感器開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，光 學(xué)稱重傳感器正得到越來(lái)越多的關(guān)注:這種儀器不受電磁和射頻干擾，能承受高溫并且具有本質(zhì)**的特性。光學(xué)稱重傳感器的相關(guān)研究仍在持續(xù)進(jìn)行。其中有兩項(xiàng)技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景:利用單模光纖測(cè)量微彎損耗的影響和利用光纖布拉格光棚(FBG) 來(lái)測(cè)量力。應(yīng)用上述兩種技術(shù)的光學(xué)傳感器都在日本北海道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，用于測(cè)量電纜承受的積雪載荷。

   有些光學(xué)載荷傳感器已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用。有一種光學(xué)應(yīng)變計(jì)可以安裝進(jìn)鉆在螺柱或螺栓上的一個(gè)0.5mm直徑的孔里。這種傳感器對(duì)非軸向和扭轉(zhuǎn)的載荷影響完全不敏感，

  顯微加工硅片稱重傳感器正處在研發(fā)階段。荷蘭電特大學(xué)正在研究一種應(yīng)用顯微加工技術(shù)的封裝單片電路稱重傳感器， 硅制稱重傳感器很可能在未來(lái)成為主流。

應(yīng)變片配置

    稱重傳感器的彈性元件(也稱“梁”)用于響應(yīng)直接的應(yīng)力、彎曲或剪切。它們通常被稱為彎曲梁、剪切梁、支承柱、支承筒、螺旋等(圖7-3)。

    工業(yè)稱重應(yīng)用*廣泛的兩種設(shè)計(jì)是彎曲梁和剪切梁式稱重傳感器。

      彎曲梁傳感器由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和相對(duì)較低的價(jià)格成為稱重傳感器中*常見(jiàn)的設(shè)計(jì)。它由一個(gè)一端連接在基座上，另一端承受載荷的直梁構(gòu)成。它的形狀可以是懸臂梁、雙孔;形(圖7-3A)或環(huán)形(圖7-3B)。應(yīng)變計(jì)被同時(shí)安裝在頂部和底部以測(cè)量拉伸和壓縮。由于應(yīng)變計(jì)很容易損壞，通常它們都被橡膠膜盒包覆。承重梁也由堅(jiān)固耐用的合金鋼制成并鍍鎳保護(hù)。

     在醫(yī)療儀器、機(jī)器人或類似的低載荷應(yīng)用中，尺寸較小的微型梁傳感器被用于測(cè)量不高于40磅(18kg) 的載荷。用于230克以下負(fù)載的梁使用皺銅材料，更高載荷則使用不銹鋼。在這種設(shè)計(jì)中，應(yīng)變計(jì)通常用氨基甲酸酶涂層保護(hù)。

      環(huán)形或餅形設(shè)計(jì)指的是由封裝在不銹鋼外殼中的粘接薄片式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成的高圓狀彎曲梁傳感器。整個(gè)套件很像一塊扁平的餅(圖7-3B) 。 對(duì)于具有自保護(hù)、自對(duì)正功能，能夠避免負(fù)載移動(dòng)并使載荷集中在圓盤(pán)中心的設(shè)計(jì)，可以安裝單壓式傳感器。著希望同時(shí)支持壓縮和拉伸，則需在傳感器中間打一一個(gè)螺紋通孔。并在傳感負(fù)載按鈕上焊接穩(wěn)定隔膜。

      剪切梁稱重傳感器測(cè)量負(fù)載導(dǎo)致的剪力。彎曲梁傳感器無(wú)法測(cè)量剪力，因?yàn)榧羟袘?yīng)力會(huì)隨儀器的橫截面而變化。在剪切傳感器中，工字梁結(jié)構(gòu)提供了可被應(yīng)變計(jì)**測(cè)量的均勻剪力。剪切梁傳感器(圖7-3C)可由一對(duì)安裝在工字梁兩側(cè)的應(yīng)變片構(gòu)成，網(wǎng)格線與主軸同向。剪切梁傳感器相較彎曲梁傳感器的優(yōu)點(diǎn)是更適合側(cè)向載荷和動(dòng)態(tài)載荷測(cè)量和更快的歸零。

     直接應(yīng)力(或柱/簡(jiǎn)式)式稱重傳感器本質(zhì)上是安裝在堅(jiān)固圓筒容器內(nèi)的支柱上的彎曲梁傳感器(圖7-3D)。梁傳感器豎直安裝，四個(gè)應(yīng)變計(jì)中的兩個(gè)縱向安裝。另外兩個(gè)橫向安裝。支柱截面可以是方形、圓形或圓形帶用于安裝應(yīng)變片的局部機(jī)加平臺(tái)等形狀。

     如果配有搖臂安裝或自對(duì)正軸承支座，筒式稱重傳感器可以承受一定程度的容器移動(dòng)，并對(duì)負(fù)載施加點(diǎn)相對(duì)較不敏感。此外筒式結(jié)構(gòu)可以保護(hù)應(yīng)變計(jì)免受物理或環(huán)境損傷。筒式應(yīng)變片的尺寸從1-1/2in.直徑，可測(cè)量100-5001b.載荷的螺柱式到可測(cè)量重達(dá)500,000Ib.的卡車(chē)、容器和貯料罐的6-1/2in.直徑壓縮稱重傳感器。

      螺線狀稱重傳感器相比簡(jiǎn)狀壓縮稱重傳感器更適合用于偏軸載荷測(cè)量(圖7-3E)。螺線狀稱重傳感器的工作原理與彈簧相同。彈簧利用自身的扭轉(zhuǎn)動(dòng)量來(lái)平衡載荷力，扭轉(zhuǎn)作用從螺旋的頂端-直傳遞到底部。通過(guò)測(cè)量安裝在彈簧上的應(yīng)變計(jì)的扭轉(zhuǎn)動(dòng)量，一個(gè)螺線狀稱B傳感器無(wú)需昂貴的安裝結(jié)構(gòu)就可以提供相當(dāng)**的載荷測(cè)量。非對(duì)稱或偏軸式負(fù)載產(chǎn)生的力對(duì)彈簧的影響甚微。應(yīng)變片的傳感器既可測(cè)量拉力，也可測(cè)量壓力。

    螺線狀稱重傳感器可被安裝在粗糙的表面，即使上下安裝面不平行仍可保持0.5%以內(nèi)的總誤差。螺線狀稱重傳感器也具有較好的抗沖擊和過(guò)載(可承受上千倍的過(guò)載)特性，使其十分適于車(chē)輛輪軸、座椅或叉車(chē)的應(yīng)用。

        按鈕和平墊粘接應(yīng)變片式稱重傳感器的尺寸范圍是14至1-1/2in.直徑。*小的傳感器只能測(cè)量壓力，稍大些的型號(hào)則提供用以測(cè)量拉力的螺孔。絕大多數(shù)微型傳感器只能測(cè)量2001b.以下的負(fù)載，但某些則可支持高達(dá)50,0001b..由于這些微型稱重傳感器沒(méi)有固定裝置或撓曲裝置，它們不能承受偏軸負(fù)載或載荷移動(dòng)。

      另一方面，按鈕和平墊式稱重傳感器極其方便使用。即使*小尺寸的傳感器都用不銹鋼制成，配以內(nèi)嵌式四臂惠斯通全電橋，可以測(cè)量200 Ib以下的載荷，承受1500*F以下的溫度。