在额定载荷作用下,弹性元件应变区的应变程度,对称重传感器的线性、滞后、蠕变和疲劳寿命都有较大影响。这里说的应变程度,实际上是保证应变稳定并与载荷成较严格线性关系的应变范围,传感器,它与弹性元件所用的材料密切相关。弹性元件应变的稳定性与所用金属材料的关系可用下式表达:
△R/R=Rε=CKε
式中:Rε—应变计电阻的相对变化;
C-应变利用系数
K-应变计灵敏系数
ε-弹性元件的弹性应变
由式可见,****弹性元件应变的稳定性是****称重传感器整体稳定性的基础和关键。因此,弹性元件材料不仅是结构材料而且是功能材料。
在产生应变的弹性元件材料所要求的各种性能中,****重要的性能是滞后和蠕变。实际上综合性能再好的弹性元件材料,也存在弹性滞后和弹性后效(蠕变),****线性、减小滞后和蠕变较好
的方法,就是把弹性元件应变区的应变程度限制在一个较低的范围内,一般高准确度的称重传感器的应变程度都较低,其应力仅为材料弹性****限的1/4~1/3范围内。实际上称重传感器的线性、滞后、蠕变和疲劳寿命都随弹性元件应变区应变程度减至较小而获得改进,较低的应力、应变意味着对理想线性弹性性能的偏差小,也意味着弹性元件有较大的刚度和较高的固有频率。
弹性元件任何几何形状的改变,必然伴随出现一定程度的非线性影响,弹性元件应变区应变程度低,不仅变形小,刚度大,固有频率高,而且****于把弹性元件几何形状变化引起的非线性误差减至较小。
任何结构的称重传感器都有两个承受外载荷的接触面,在每一个接触面上载荷的分布取决于端部的加载条件。因此,这些加载条件的变化,传感器定制,将使弹性元件应变区的载荷分布发生变化。即使在称重传感器的两个接触面上,总的作用载荷保持不变,小尺寸传感器,加载条件的变化,也将导致输出灵敏度发生变化,造成称重传感器不稳定。
对于应用压头、压垫的圆柱式压向称重传感器,端部加载条件的决定因素是:
与称重传感器加载、承载面相接触的压头、压垫的材料特性,如硬度 、摩擦系数等;与称重传感器加载、承载面相接触的压头、压垫的表面形状特性,如平面、凹面、凸面、曲面曲率、接触圆大小等;加载后称重传感器接触表面的变形。圆柱、圆筒式称重传感器底垫的支承面积应与弹性元件的承载面积相当,否则将使外壳变形影响输出灵敏度。
对于应用螺纹接触面的拉式称重传感器,端部加载条件的决定因素是:弹性元件上、下螺纹的同心度及螺纹的加工精度(主要是严格控制螺纹中径);拉式接头或关节轴承拉头与弹性元件上、下螺纹啮合面积的大小。
对于各种梁式称重传感器,端部加载条件的决定因素是:支承底座、托架、垫块的结构及所用材料的硬度、表面粗糙度等;支承方式,传感器原理,即根部固定的合理性,应尽量使其形成固支,具有足够大的平衡力矩。
综上所述,加载、承载边界条件的影响是称重传感器弹性元件结构设计必须认真考虑的问题。从应用角度讲,称重传感器的附件设计更关键。