应变式称重传感器设计说明书.doc

文档介绍：. 一、应变式称重传感器设计说明书㈠主要技术指标: 1 、基本参数(1)精确度等级: 级(2)测量范围:1000kg-10000kg (3)灵敏度:2mv/v (4)额定励磁电压: 12v (5)输入和输出阻抗:传感器的输入和输出阻抗在 350 —— 500M Ω之间。(6)正常工作条件:传感器的正常工作条件为: 温度: -20 ——+70 ℃相对温度: 5%—— 100% 2 、主要性能指标(1)线性度:迟滞和重复性: ≤%FS (2)热零点漂移: ≤%FS/10 ℃(3)初始零点: 2%FS (4)允许过载:应能承受 倍的额定载荷(5)绝缘电阻: ≥2000M Ω(6) 稳定性:在规定条件下,在校准的有效期内传感器的性能符合本标准规定的要求。(二)传感器结构设计: 图( 1-1 ) 设计成剪切梁式结构,如图(1-1 )所示:对于一般的弹性传感器,当承受载荷时,梁就会产生弯曲,图(1-2) 指出了剪力和弯矩图,梁上产生的正应力正比梁的弯矩,而弯矩又正比于梁受力的作用点的距离因此对于一般弹性量而言,力作用电位置变化会引起测量误差。而剪切梁式由于测量它的且应变,而切应变与切力成正比,而切力在梁上是常量,与弯矩无关,所以力作用点的位置发生变化不影响传感器输出。. 图( 1-2 )弹性应变梁的剪力和弯矩 1、线性好,精度高。输出信号不受测力点位置变化的影响。 2、高度低,重量轻,体积小,易于安装和维修。 3、结构简单,易于密封。 4、抗测向力强。㈢弹性元件设计 1、材料选择:衡量弹性元件材料基本性能的主要指标是弹性储能(也叫应变能) 。弹性储能它表示弹性材料吸收变形功而不发生永久变形的能力,即材料变形后储存于材料内的应变能U。其大小为 W=U= (1/2) ×σ eε e=1/2 ×(σ e 2/E)(1-1) 式中σ e――弹性极限ε e――弹性极限对应的应变 2、比值σ e 2/E 越大越好。σ e 高则弹性变形范围大,E低则在同样载荷下可获得较大变形。同时,对弹性元件材料性能的要求应考虑使用场合。选择合金结构钢做弹性元件, E= ×10E11pa 抗拉强度为 10E9pa 3、材料的热处理和稳定性处理材料需要淬火,回火等一系列热处理工艺。采用时效法来消除残余内力,或采用如温度 100 —— 200 ℃存放(数十至数百小时)的人工时效方法 4、弹性元件的设计图( 1-3 )工字梁切应力分布图选定 H=35mm ;h=24mm ;B=24mm ; 取安全系数 n s= [σ]=σ s/n s[σ]= ×10 7pa 由于选用的是弹簧钢,泊松比μ= ,所以. [τ]≈[σ]/(1+ μ)[τ]= ×10 7pa 即τ max≤[τ]= ×10 7pa 6、参数的设计剪切梁式传感器弹性体的截面为工字梁,梁内的切应力可根据材料力学中的——茹拉夫斯基公式计算: τ=Qs/J yb(1-2) 工字梁截面 1、2、3点的静矩 S 1=0(1-3) S 2=(BH 2-Bh 2)/8(1-4) S 3 =(BH 2 -Bh 2 +bh 2) /8 (1-5) 惯性矩为: J y= (BH 3 -Bh 3 +bh 3) /12 (1-6) 将静矩和惯性矩带入①得各点的切应力: τ 1=QS 1/Jy B=0 τ 2=QS 2/Jy B=(3Q /2)(H 2-h 2)/BH 3-Bh 3+bh 3)(1-7) τ 2 ’=QS 2/Jy b=(3QB/2b) (H 2-h 2)/BH 3-Bh 3+bh 3)(1-8) τ 3=QS 3/Jy b=(3Q/2b) (BH 2-Bh 2+bh 2/BH 3-Bh 3+bh 3)(1-9) τ 1<τ 2<τ 2 ’<τ 3即τ max=τ 3≤ ×10 7pa(1-10) 解得 b≥ 最大弯曲内应力满足σ max=M max/W≤[σ](1-11) 工字梁在根部最大弯矩为 M max=FL 1(1-12) 工字梁断面系数 W=BH 3-Bh 3+bh 3/6H= ×10 -6(1-13) 所以工字梁的最大弯曲应为σ=6FL 1H/BH 3-Bh 3+bh 3≤[σ]= ×10 7pa(1-14) 解得 L 1≤ 取L 1=44mm L 2=L 1-24/2 ≤32mm 其中,?应不大于许用剪切应力[?],[?]可用下式计算:[?]=???1 ][ (N/mm 2) . ㈣传感器输出灵敏度 1 、剪切梁灵敏度 S 1τ=Eε(1-15) S 1=ε/F=τ 3/EF = ×10 -8m/N(1-16) 2、应变片灵敏度 S 2选取应变片电阻为 120 Ω S 2=2 3