一、前言
稱(chēng)重傳感器被稱(chēng)為電子稱(chēng)重系統及電子衡器中的心臟部件?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱(chēng)重傳感器制作的電子稱(chēng)重系統及電子衡器也已廣泛地應用到各行各業(yè)，實(shí)現了對物料快速、準確的稱(chēng)量。特別是隨著(zhù)電子微處理技術(shù)的出現，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度的不斷提高，稱(chēng)重傳感器已成為過(guò)程控制中的必需的裝置，從電子計價(jià)秤、電子汽車(chē)衡等常用衡器，到混合分配多種原料的配料系統、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應用了稱(chēng)重傳感器。稱(chēng)重傳感器的安裝介于承載器和基礎安裝面。如果只做簡(jiǎn)單的連接就投入使用，不僅達不到預期的稱(chēng)量準確度，還容易造成稱(chēng)重傳感器損壞及安全事故。稱(chēng)重傳感器連接件作為稱(chēng)重量值測量環(huán)節的關(guān)鍵部件直接影響到稱(chēng)重計量結果的準確性。在實(shí)際應用中，連接件更起著(zhù)抵制各種干擾力的作用。
1、當承載器上加上物料后，承載器的承重梁必然產(chǎn)生擾度使支點(diǎn)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)轉角，假如承載器的承載梁與稱(chēng)重傳感器的連接不是活絡(luò )的，則必然產(chǎn)生“誤信號”，也可能致使傳感器損壞。
2、被稱(chēng)量的車(chē)輛進(jìn)入承載器臺面時(shí)進(jìn)行剎車(chē)，將產(chǎn)生相當大的水平?jīng)_擊力。雖然裝有限位裝置，但也必須要有合適的稱(chēng)重連接件保證快速復位。盡可能的減少沖擊力傳遞到稱(chēng)重傳感器上。
3、承載器與基礎安裝面的線(xiàn)膨脹系數在絕大多數情況下是不一致的，環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的橫向力會(huì )使稱(chēng)重傳感器輸出與其無(wú)關(guān)的稱(chēng)重量值。
4、大型電子衡器在安裝時(shí)，承載器與安裝基礎面之間的安裝位置必然存在一定的偏差。所以連接件要確保有一定的擺角和位移。
5、承載器通常采用焊接方式就行連接，隨著(zhù)時(shí)間的推移，會(huì )由于應力釋放產(chǎn)生不規則的扭曲，這也要求連接件在形位上有適當的變動(dòng)。
二、連接件設計及加工中應重視的問(wèn)題
如何解決稱(chēng)重傳感器在使用中不可避免的力學(xué)干擾，主要依靠合理的連接件來(lái)予以削減或消除。連接件結構的同心度、尺寸、表面粗糙度、材料硬度都會(huì )影響稱(chēng)重傳感器的使用精度，連接件的光潔度要高，否則受力后就要變形。表 1 是鋼材料接頭在磨削加工和刨削加工后的變形值。表 2 是三種不同材料在相同粗糙度，加載 5MPa 壓力情況下的變形情況。當連接件材料越軟，光潔度差時(shí)，在很小的載荷下就產(chǎn)生很大的變形，連接件的變形會(huì )使合力點(diǎn)發(fā)生變化，引起稱(chēng)重傳感器性能發(fā)生變化。
表 1 鋼材料接頭在磨削加工和刨削加工后的變形值
表面加工類(lèi)型 | 柔性 | m/N |
次加載 | 第二次加載 | |
磨削 | 0.00004 | 0.00002 |
刨削（進(jìn)給量g=0.265） | 0.009 | 0.007 |
刨削（進(jìn)給量g=0.55） | 0.029 | 0.00046 |
刨削（進(jìn)給量g=0.8） | 0.006 | 0.00034 |
表 2 三種不同材料在加載 5MPa 壓力情況下的變形情況
材料 | 粗糙度 | 表面的變形 |
|
次加載 | 第二次加載 | ||
鋼 | 6.3 | 2.2 | 0.33 |
銅 | 6.3 | 3.6 | 0.38 |
鋁 | 6.3 | 5.4 | 0.60 |
稱(chēng)重傳感器連接件的設計原則是：要確保稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)量值能夠通過(guò)稱(chēng)重傳感器的受力軸線(xiàn)傳遞，連接件設計時(shí)能夠靈活轉動(dòng)、滑動(dòng)、擺動(dòng)；又有一定的剛度、硬度、粗糙度能夠滿(mǎn)足消除或減弱非計量量值的導入。稱(chēng)重傳感器連接件具備的功能及加工質(zhì)量要求可歸納為：
1、對需要傳遞的稱(chēng)重量值保證準確，必須要保證稱(chēng)重傳感器的受力與其軸線(xiàn)吻合或控制在允許的誤差范圍內。
2、在進(jìn)行稱(chēng)重計量作業(yè)時(shí)承載器產(chǎn)生水平方向的位移或沖擊，承載器由于應力釋放產(chǎn)生的不規則變形，承載器由于線(xiàn)膨脹系數的差異在不同溫度下的伸縮，這時(shí)需要連接件具有靈活的轉動(dòng)、擺動(dòng)致使稱(chēng)重傳感器所得到的稱(chēng)量值真實(shí)有效。
3、在受力方向，連接件應具有一定的剛度，當施加載荷時(shí)，連接件的變形量要求越小越好。
4、連接件應該具有良好的自動(dòng)復位功能。
5、要確保一定的粗糙度，與相應的硬度配合能確保在大載荷作用下接觸應力小于允許的接觸應力且不產(chǎn)生凹陷。產(chǎn)生的摩擦力和摩擦力矩都不影響其靈活性。
三、常用連接件設計及選用的參考尺寸
常見(jiàn)的稱(chēng)重連接件分為壓向和拉向。
絕大多數稱(chēng)重傳感器壓向連接件都采用柱體或球面的結構來(lái)實(shí)現力值得傳遞，也就是承載器上所有重物產(chǎn)生的重力都由球面形成的點(diǎn)接觸集中傳遞給稱(chēng)重傳感器，使重力線(xiàn)與稱(chēng)重傳感器理想受力軸線(xiàn)重合。除此之外，壓向連接件的還具有以下功能：1、具有好的自動(dòng)復位功能。稱(chēng)重傳感器在稱(chēng)重系統中，承載器在接受重物時(shí)，總會(huì )有輕微的側向沖擊和移動(dòng)（過(guò)大沖擊力造成的嚴重影響需要專(zhuān)門(mén)的限位裝置來(lái)克服），使重力在稱(chēng)重傳感器上的作用點(diǎn)偏離軸線(xiàn)而產(chǎn)生稱(chēng)量誤差。2、具有安全保護和經(jīng)受疲勞的性能。連接件處于承載器和稱(chēng)重傳感器之間，并處在可動(dòng)連接的狀態(tài)下工作。若沒(méi)有約束裝置，則在外界強烈的沖擊下，承載器會(huì )擺脫稱(chēng)重傳感器而損壞稱(chēng)重系統。一般采用如圖所示的鋼球和凹球面進(jìn)行加載。
常用的拉向連接件就是各種形式的萬(wàn)向節，它具有十分優(yōu)良的復位性能，始終使重物的重力線(xiàn)與稱(chēng)重傳感器的理想力學(xué)軸線(xiàn)重合，能夠抵抗任何方向的側向力干擾。如果同時(shí)配置可旋轉的裝置，則對于重力線(xiàn)上的任何干擾力矩都可以在載荷作用到稱(chēng)重傳感器作用點(diǎn)之前被消除。拉向連接件采用螺紋與其連接，為了確保安全性，螺紋尺寸及長(cháng)度一般參照下表 4。圖 2 是常用拉式連接件的示意圖。
四、結語(yǔ)
稱(chēng)重傳感器的穩定可靠工作離不開(kāi)合理的連接件配合。根據筆者多年的經(jīng)驗，結合多年來(lái)收集的市場(chǎng)反饋信息。絕大部分現場(chǎng)應用中出現的各類(lèi)問(wèn)題都是由于安裝過(guò)程中連接件的選用及安裝不合理造成。再好的稱(chēng)重傳感器，如果不配合合理的連接件將可能導致整個(gè)稱(chēng)重系統的準確度嚴重差或無(wú)法使用。行業(yè)內對稱(chēng)重傳感器的設計比較重視，但往往忽視了連接件。本文旨在通過(guò)對連接件的闡述，希望能引起設計者和使用者的重視。
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