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轴销传感器及其应用

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一、概述

20世纪90年代以来,某些电子衡器的总体设计开始脱离传统的零部件组装式结构,向着多样化、个性化的方向发展,其中一个主要的发展趋势就是承载器与称重传感器合二为一的集成化结构。此时,承载器就是一个技术性能完全符合要求的专用称重传感器,或者说称重传感器本身就是一个整体型承载器。电子吊秤、行车电子秤所用的轴销传感器就是这种结构的典型代表。

二、结构与特点

轴销传感器实际上就是一根承受剪力作用的空心截面圆轴,双剪型电阻应变计粘贴在中心孔内凹槽中心的位置上,有两种组桥测量方式,即两个凹槽处的双剪型电阻应变计共同组成一个惠斯通电桥,或分别组成惠斯通电桥再并联进行测量。轴销剪切式称重传感器结构简图如图1所示。

 

轴销传感器具有如下特点:

1.弹性元件为一整体空心截面圆轴,结构紧凑,几何外形简单,容易加工出很高的尺寸和形位精度;

2.空心截面具有很强的抗扭转、抗弯曲能力,并且轴销中性轴处的应力最大;

3.当空心截面轴销承受垂直和水平弯曲时,弯矩为零的截面在同一截面;

4.当设计较大容量的轴销传感器时,中心孔也较大,双剪型电阴应变计可以粘贴在孔内,即得到很好的保护又可以实施抽真空充惰性气体密封工艺;

5.与相关承力部件组装容易,使用方便。

轴销传感器的缺点是生产工艺难度大,需要较多的专用工具与装备。

三、受力分析与理论计算

轴销传感器可以简化为两端简支中间受一集中载荷尔蒙P作用的空心截面梁,其力学模型和空心截面如图2所示。轴销传感器的输出受很多因素影响,主要有轴销中心孔的直径d,凹槽的最小直径D,负销与支撑之间的间隙,支撑的硬度和双剪型电阻应变计的尺寸等,在结构设计与计算时应认清相互的关系,作到尺寸选择最佳化以保证轴销传感器性能波动最小。

四、制造工艺

轴销结构与其它结构称重传感器的制造工艺完全相同,只是由于双剪型电阻应变计粘贴在深孔内,需要购置和设计专用的喷砂处理、划线贴片、加压固化工具和装备。

五、检测与应用技术

由于轴销传感器本身就是一个整体弹性元件,即没有保护外壳又没有加载压头和承载底座,因此在测试与标定时,应该采用与实际安装使用时相同的边界支撑,最好就是同一个支撑。

近年来,轴销传感器主要应用于电子吊秤领域,与U形吊环配合,组装成数量式或无线传输式电子吊秤最为多见。由于轴销直接与吊环和吊钩装配,不但省去了结构复杂的承载壳体,而且还可提高装配精度,保证了称量准确度。吊钩同样可以设计成360度旋转型,此种集成化结构的电子吊秤示意图如图3所示。

轴销传感器的输出受很多因素影响,主要有轴销中心孔的直径d,凹槽的最小直径D,负销与支撑之间的间隙,支撑的硬度和双剪型电阻应变计的尺寸等,在结构设计与计算时应认清相互的关系,作到尺寸选择最佳化以保证轴销传感器性能波动最小。

四、制造工艺

轴销结构与其它结构称重传感器的制造工艺完全相同,只是由于双剪型电阻应变计粘贴在深孔内,需要购置和设计专用的喷砂处理、划线贴片、加压固化工具和装备。

五、检测与应用技术

由于轴销传感器本身就是一个整体弹性元件,即没有保护外壳又没有加载压头和承载底座,因此在测试与标定时,应该采用与实际安装使用时相同的边界支撑,最好就是同一个支撑。

近年来,轴销传感器主要应用于电子吊秤领域,与U形吊环配合,组装成数量式或无线传输式电子吊秤最为多见。由于轴销直接与吊环和吊钩装配,不但省去了结构复杂的承载壳体,而且还可提高装配精度,保证了称量准确度。吊钩同样可以设计成360度旋转型,此种集成化结构的电子吊秤示意图如图3所示。

 

六、结语

轴销传感器体现了电子衡器小型化、模块化、集成化、智能化的发展方向,是续集成化称重板、称重轨、称重梁后又一个研发热点,在国外已批量生产,应用比较广泛。国外轴销传感器的发展与应用动向,值得我国称重传感器生产企业研究、借鉴,只要解决个别制造工艺问题,就完全可以研制出具有我国工矿企业应用特点的轴销传感器及其配套的电子吊秤、行车电子秤。

 

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