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本文所用的焊接密封型稱重傳感器的量程為500kg, 外形如圖1所示。

考慮到稱重傳感器的輸出同樣會受到溫度變化的影響。為了將溫度造成的壓差效應對傳感器輸出的影響與傳感器自身受溫度變化的影響區分開, 本文采用了如下的實驗方法:

(1) 將焊接密封好的傳感器樣品置于溫箱中, 設置溫箱的溫度循環順序如下:25℃, -10℃, 25℃, 60℃, 25℃。記錄傳感器樣品的零點輸出情況。其中, 中間三個溫度點的保溫時間為10個小時;

(2) 在傳感器樣品的應力不敏感區開一個通氣孔, 一般是電纜出線所在區域, 使得傳感器內部密封腔體始終與外部大氣相通。然后重復上述溫度循環實驗, 并對兩次的試驗數據進行對比。

3 試驗結果

傳感器樣品在焊接密封狀態下的零點輸出隨溫度變化的曲線圖, 如圖2所示。傳感器樣品在通氣狀態下的零點輸出隨溫度變化的曲線圖, 如圖3所示。通過對比試驗可以看出, 傳感器樣品在密封狀態下, 其零點輸出在溫度恒定狀態下存在緩慢的漂移現象。當傳感器樣品在通氣狀態下, 其零點輸出在恒溫下保持穩定, 沒有出現明顯的漂移現象。因此, 我們可以假設, 傳感器樣品的零點輸出不穩定是由于傳感器密封腔體內的壓力發生改變引起的:當外界溫度變化時, 傳感器密封腔體中的氣體壓力隨溫度變化而發生變化, 此時傳感器內外壓力不平衡會產生壓力作用于彈性體上, 最終導致傳感器輸出的異常變化。

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隨著科學技術的進步, 工業生產自動化、智能化水平的提高, 動態稱重及應變式稱重傳感器被廣泛應用。動態稱重時, 被測物體的質量少數是變化的, 例如電子皮帶秤所稱量的物料, 多數是恒定的。因此對動態稱重系統瞬態特性的要求可以放寬些, 只要在允許的稱重時間內能夠達到穩態, 準確的測量出重量即可。對于稱重傳感器而言, 最重要的機械部分是彈性元件, 因此, 彈性元件的結構合理, 材料穩定以及限度的滯后, 對稱重傳感器的準確度起著至關重要的作用。

2 彈性元件的結構設計要求

為了保證線性的載荷關系, 彈性元件應該是一個整體結構, 因為各連接件之間的位移都可以引起非線性和離散性。連接、摩擦接觸、緊固或任何非整體狀態都成為潛在的問題, 所以設計是沒有運動部件的整體結構。彈性元件應有足夠的熱轉換以防止電阻應變計自熱, 如果其溫度比彈性元件高, 那怕只差0.1℃, 就可能難以達到穩定的性能。在電阻應變計和補償電阻面積上的任何溫度梯度, 都能引起零點溫度漂移或標定結果的變化。

在設計彈性元件時, 首先要考慮彈性元件的固有頻率

2.1 固有頻率

所謂固有頻率, 就是能達到彈性元件本身最高的頻率。為使振動對靈敏度的影響減至最小, 固有頻率應盡量高, 即要求彈性元件結構具有較大的剛度和較小的質量。

圓柱式彈性元件是典型的沒有多余部件的整體結構, 其固有振動頻率f0為