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應力分布改善在制作高性能橋式傳感器實(shí)踐中的應用
作者：
時(shí)間：2013-07-01
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引言
在我國稱(chēng)重傳感器制造業(yè)生產(chǎn)的各種結構傳感器中，鋼制橋式傳感器以其獨特的兩端支撐，中間受力的結構形式，使大噸位傳感器進(jìn)入了高準確度、高可靠性的計量領(lǐng)域。同時(shí)，傳力組件采用球面壓頭，充分發(fā)揮了鋼球可自動(dòng)復位和調心的優(yōu)勢，良好的抗側向力和抗沖擊性能，安裝方便，互換性好等優(yōu)勢在我國的汽車(chē)衡稱(chēng)重領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)獨領(lǐng)風(fēng)騷的作用。但是，傳感器的量程絕大部分局限于10噸以上，而10噸以下量程的寥寥無(wú)幾。為滿(mǎn)足用戶(hù)需求，我們進(jìn)行了小量程3噸傳感器的開(kāi)發(fā)工作。
1.橋式3噸傳感器的設計
為了保持安裝使用的簡(jiǎn)單化和通用性，3t傳感器采用10t傳感器的安裝尺寸，同時(shí)要求傳感器除彈性體外其余的零部件通用，這就要求我們在傳感器的設計過(guò)程中只能改動(dòng)應變區的尺寸且不能影響傳感器安裝尺寸。
1.1小量程橋式傳感器結構設計缺陷
橋式傳感器的結構是兩端固定，剪切力施加在工字型斷面上（圖1）： 
圖1 圖2
因此：貼片部位受到的剪切力為：? F ；
由彈性體應變部位斷面受力分析圖（圖2）得剪切應力： 
根據公式(1)，當y = 0 時(shí)τ最大： 
其中：泊松比：ν；材料的彈性模量：E 。
根據公式(2)和(4)，得出傳感器應變梁t的一元二次方程： 
已知靈敏度2mV/V時(shí)
ε=1200με，設ν=0.3，E=2.1×104kg/mm2；
把10t傳感器彈性體尺寸(c × d × h=56mm × 52mm × 35mm)代入公式，求得：
t1=1.78mm，t2=-25.81mm（舍去）。
同時(shí)?(d-h)=?(52-35)=8.5mm 》1.78mm，圖2中工字梁中的上下橫梁的尺寸遠大于豎梁（應變梁）的尺寸。在傳感器加載應變梁應變過(guò)程中，上下橫梁的強度相對于應變梁的強度高過(guò)許多，加載產(chǎn)生的剪切應力沒(méi)有起到應有的作用，使應變梁未能產(chǎn)生相似的變形，也就不能發(fā)生足夠的微應變，使傳感器的輸出靈敏度遠低于設計要求的2mV/V。
1.2、改進(jìn)方案
方案一：
為使剪切應力起到足夠的作用，調整A、d和h，使圖2中的上下橫梁尺寸與應變梁的尺寸盡量相近。由設計要求知道，尺寸c和A不能做出改變，改變d很難達到我們的要求，減小h才能增加t，由于c的關(guān)系，太小的h會(huì )給傳感器的制作等增加很多困難，因此采用縮小彈性體的應變區域的局部尺寸，改變d和h的大小，但保持安裝尺寸不變的方案進(jìn)行（見(jiàn)圖3）。 
圖3
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