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圓柱式稱重傳感器的簡單介紹
一、概述
圓柱、圓筒式稱重傳感器以其結構簡單緊湊，體積小，量程大，重量輕；彈性元件與保護外殼
的幾何形狀為簡單的圓柱、圓筒形，容易加工出較高的尺寸和形位精度；彈性元件剛度大，固有頻
率高，動態響應快；加載承載邊界可設計成雙平面、一平面一球面、雙球面多種結構形式等特點，
在各種結構的大型電子衡器中得到較為廣泛的應用。具有相同截面積的圓筒式與圓柱式彈性元件，
對于純軸向載荷的剛度相同，但圓筒式結構的彈性元件有更大的慣性矩，所以它具有更好的抗彎曲
能力，多應用于大型電子吊鉤秤。 【楚承制造】
從稱重傳感器彈性元件設計原則分析，盡管圓柱、圓筒式彈性元件具有十分突出的特點，但其
固有線性差，容易產生旋轉誤差等缺點也是非常致命的。因此必須作好彈性元件、保護外殼、壓頭
底墊結構設計和非線性補償，控制旋轉誤差，才能使其達到較高的準確度等級。圓柱、圓筒式稱重
傳感器產生非線性誤差的主要因素是：
（1）面積效應影響。彈性元件承受拉向、壓向載荷時，應變區截面積變化，導致 P—σ 關系的
非線性；
（2）泊松比效應影響。即彈性元件軸向和環向應變相差較大，致使電橋內某一橋臂電阻的變
化與相鄰橋臂電阻的反向變化不匹配，所引起的電橋非線性誤差；
（3）材料性能影響。應力應變關系主要是彈性元件材料的誤差，當應變程度較高時，其應力
應變關系并非*線性，且滯后、蠕變及彈性模量不是理想的常數，載荷增加時非線性也增加；
（4）焊接密封膜片影響。主要是非線性的密封模片對載荷的分路作用，即當環境溫度變化時，
由于焊接膜片與外殼組成超靜定結構，因變形不協調而產生內應力，外殼尺寸改變導致密封腔內氣
體壓力變化，引起稱重傳感器溫度漂移。 【楚承制造】
圓柱、圓筒式彈性元件的旋轉誤差是附加的非測量應變量的函數，其影響因素是：
（1）圓柱、圓筒式彈性元件、引入載荷的壓頭、承受載荷的底墊機械加工的形位誤差影響，
主要是同心度、對稱度、平行度超差引起的各方位應變量不同；
（2）電阻應變計工作特性和彈性元件上電阻應變計的定位誤差，引起的附加應變量。
從前，對圓柱、圓筒式稱重傳感器的非線性誤差，多以理論分析為主，其結論大致相同：稱重
傳感器本身（包括彈性元件、電阻應變計、電橋電路）固有的非線性誤差一般比較小，對準確度影
響不大；彈性元件應變區的應變梯度和電阻應變計定位偏差對非線性影響甚大，減小此值可較大減
少非線性誤差；彈性元件、壓頭、底墊尺寸對應變區的應變梯度有影響，結構設計不合理將導致較
大的非線性誤差等等，沒有跳出傳統的理論分析模式。現代稱重傳感器結構設計與計算，應采用數
學分析手段建立各項特性的數學模型，通過數學擬合公式對相關誤差進行分析和推算，給非線性補
償技術奠定理論基礎。為此必須掌握圓柱、圓筒式彈性元件結構特點，非理想加載（如偏心載荷、
側向載荷）、物理變量（如溫度、壓力、振動）對非線性的影響。本文通過建立數學模型和數學分
析方法，對圓柱、圓筒式彈性元件應變區面積效應產生的誤差，金屬材料泊松比引起的電橋電路非
線性誤差，焊接密封膜片對載荷分路作用造成的非線性誤差和電阻應變計定位偏差產生的旋轉加荷
誤差進行分析。
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上海楚承電子有限公司
2015.5.8