小量程平板式称重传感器

　　一、概述

　　20 世纪 70 年代中期以来，随着电子计价秤、计数秤技术的发展，对称重传感器生产企业提出了研制小量程高准确度称重传感器的要求。小量程称重传感器因其量程小而又要使它具有较高的灵敏度，如按常规方法设计弹性元件其刚度必然小，这就导致称重传感器的非线性、重复性、滞后和蠕变等性能指标变坏，达不到高准确度的要求。因此，正确解决灵敏度和刚度这对矛盾，是小量程称重传感器具有优良综合性能指标的重要前提。

　　为了有效的解决灵敏度和刚度这对矛盾，多采用比重小，屈强比高，比强度大，弹性模量低的硬铝合金材料，其弹性元件几乎是平行梁结构的天下，但外形尺寸较高，对一些有特殊要求的(例如薄型或超薄型) 电子秤应用较困难。为适应电子秤结构的新发展，本文介绍一种以合金钢为弹性元件材料的小量程平板式称重传感器，为薄型或超薄型电子秤的发展提供了技术和物质基础。

　　二、结构与特点

　　小量程平板式称重传感器顾名思义为一平板结构，即在一块长方形的平板上，与两个长边相等的距离内对称的加工出两个长方形孔，形成中间为矩形截面的应变梁和两边中心带承载凸台的矩形截面支承梁。应变梁的中心为载荷引入点，当外载荷施加于应变梁的中点时，在两边支承梁中心凸台的支承下，应变梁产生弯曲变形，其结果便在应变梁的根部和中心载荷点两侧产生对称的拉应力和压应力，单轴电阻应变计就粘贴在应变梁表面上的最大拉应力和最大压应力区域内。平板式弹性元件及电阻应变计粘贴位置图，如图 1 所示。

　　小量程平板式称重传感器具有如下特点：

　　(1) 结构简单紧凑，外形低;

　　(2) 几何形状简单，容易加工出较高的形位和尺寸精度;

　　(3) 弹性元件为一整体结构，无活动环节，固有线性好;

　　(4) 应变梁与支承梁的根部连接为一体，无端部效应和底部摩擦影响，滞后和蠕变误差较小;

　　(5) 单轴电阻应变计粘贴在应变梁的表面，工作面开敞，有利于粘贴作业和电阻应变计的防护与密封;

　　(6) 特别适合制造薄型或超薄型电子秤。

　　三、受力分析与理论计算

　　由图1 可以看出，平板式弹性元件的中间应变梁与两边支承梁为同一块合金钢板加工形成的整体结构，无边界连接环节和端部效应影响。在外载荷作用下应变梁与支承梁的变形方向相反，其根部可视为刚性连接，即不能自由转动，又不阻碍中间应变梁的纵向变形。

　　为便于分析和简化计算，在中间应变梁的两端各加一跨度为 l1、l3的梁，以代替支承梁在应变梁两端的支承，则中间应变梁即成为三跨度梁。其应变梁的计算模型、载荷面积 ω 图和弯矩 M图，如图 2 所示。