稱重傳感器 的未來和設(shè)計方向

在新稱重傳感器開發(fā)領(lǐng)域，光學(xué)稱重傳感器正得到越來越多的關(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)安全的特性。光學(xué)稱重傳感器的相關(guān)研究仍在持續(xù)進(jìn)行。其中有兩項技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景:利用單模光纖測量微彎損耗的影響和利用光纖布拉格光棚(FBG) 來測量力。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)場測試，用于測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)變計可以安裝進(jìn)鉆在螺柱或螺栓上的一個0.5mm直徑的孔里。這種傳感器對非軸向和扭轉(zhuǎn)的載荷影響不敏感，

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)計是彎曲梁和剪切梁式稱重傳感器。

彎曲梁傳感器由于其簡單的結(jié)構(gòu)和相對較低的價格成為稱重傳感器中*常見的設(shè)計。它由一個一端連接在基座上，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)變計被同時安裝在頂部和底部以測量拉伸和壓縮。由于應(yīng)變計很容易損壞，通常它們都被橡膠膜盒包覆。承重梁也由堅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)計中，應(yīng)變計通常用氨基甲酸酶涂層保護(hù)。

環(huán)形或餅形設(shè)計指的是由封裝在不銹鋼外殼中的粘接薄片式應(yīng)變計構(gòu)成的高圓狀彎曲梁傳感器。整個套件很像一塊扁平的餅(圖7-3B) 。 對于具有自保護(hù)、自對正功能，能夠避免負(fù)載移動并使載荷集中在圓盤中心的設(shè)計，可以安裝單壓式傳感器。著希望同時支持壓縮和拉伸，則需在傳感器中間打一一個螺紋通孔。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量負(fù)載導(dǎo)致的剪力。彎曲梁傳感器無法測量剪力，因為剪切應(yīng)力會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**測量的均勻剪力。剪切梁傳感器(圖7-3C)可由一對安裝在工字梁兩側(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)向載荷和動態(tài)載荷測量和更快的歸零。

直接應(yīng)力(或柱/簡式)式稱重傳感器本質(zhì)上是安裝在堅固圓筒容器內(nèi)的支柱上的彎曲梁傳感器(圖7-3D)。梁傳感器豎直安裝，四個應(yīng)變計中的兩個縱向安裝。另外兩個橫向安裝。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)加平臺等形狀。

如果配有搖臂安裝或自對正軸承支座，筒式稱重傳感器可以承受一定程度的容器移動，并對負(fù)載施加點(diǎn)相對較不敏感。此外筒式結(jié)構(gòu)可以保護(hù)應(yīng)變計免受物理或環(huán)境損傷。筒式應(yīng)變片的尺寸從1-1/2in.直徑，可測量100-5001b.載荷的螺柱式到可測量重達(dá)500,000Ib.的卡車、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狀壓縮稱重傳感器更適合用于偏軸載荷測量(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)動量來平衡載荷力，扭轉(zhuǎn)作用從螺旋的頂端-直傳遞到底部。通過測量安裝在彈簧上的應(yīng)變計的扭轉(zhuǎn)動量，一個螺線狀稱B傳感器無需昂貴的安裝結(jié)構(gòu)就可以提供相當(dāng)**的載荷測量。非對稱或偏軸式負(fù)載產(chǎn)生的力對彈簧的影響甚微。應(yīng)變片的傳感器既可測量拉力，也可測量壓力。

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載(可承受上千倍的過載)特性，使其十分適于車輛輪軸、座椅或叉車的應(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。*小的傳感器只能測量壓力，稍大些的型號則提供用以測量拉力的螺孔。絕大多數(shù)微型傳感器只能測量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。

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，可以測量200 Ib以下的載荷，承受1500*F以下的溫度。