王建华 陈思杨 王彦峰
(空军勤务学院 江苏徐州 221000)
摘 要:为进一步满足测量精度与主要技术等方面的需求，更好的让称重传感器满足众多场合的需要，促进经济发展需求与实际的应用要求，在先前传统称重方式的改革基础之上，进一步研究出剪切梁式称重传感器。剪切梁式称重传感器现已广泛应用于诸多领域，本文立足于剪切梁式称重传感器的发展情况、工作原理及其特征，简析剪切梁式称重传感器的实际应用状况。
关键词: 剪切梁式 称重传感器 称重技术 应用
0引言
电阻应变式称重传感器由弹性体、外壳和应变计等组成，弹性体是高精度称重传感器的基础，而应变计是传感器的核心。电阻应变式传感器弹性体的形式繁多、应用广泛、结构复杂。剪切梁式称重传感器具有很高的精度和稳定性，有很强的抗侧向能力和较小的安装尺寸，经久耐用，坚固可靠，受力点位置变化对输出信号影响很小，因此，特别适用于汽车衡、电子轨道衡以及各种高精度的电子秤。
1 称重传感器的发展现状
目前来说，称重传感器的发展比较迅速，其精度不断提升，操作更加方便，方便实现传感器与仪表的通信功能，再加上成本较低、服务质量好，使使用需求量得到提高。但在实际发展中，仍然存在技术、生产设备落后，资金投入少，品牌意识与品牌效应不高，因而仪表传感器质量与国外发达国家相比具有一定的差距。其发展中遇到的问题有：（1）传感器生产过程中缺乏统一标准，增加了仪表与传感器的通信难度；（2）传感器研发没有突破性，缺乏创新性；（3）生产厂家之间存在恶性竞争，利润率下降，导致研发资金投入降低，同时也存在监管不严、以次充好的现象；（4）称重作弊手段更加的频繁、隐蔽，安全性大为降低。
2 剪切梁式称重传感器的工作原理
剪切梁式称重传感器的弹性体受力的作用后，需要测量的不是其正应力，而是由剪切力引起的切应力。但切应力本身是测量不出来的，它只能产生于与工字梁中心轴线成45°的互相垂直的主应力，也就是产生于由切应力而引起的拉伸应力及压缩应力。因此，将4片应变计分别贴在工字梁腹板的两面，并与中心轴线成45°的相互垂直的位置上，如图1所示。这4个应变计组成全桥，当传感器承受载荷时，应变计R1、R3的电阻值增大，R2、R4的电阻值减小，其结果在电桥的对角线上产生与载荷成正比的不平衡输出。利用这一原理，便可测出力或载荷的大小。
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图1剪切弹性体贴片方位及电路图
3 剪切梁式称重传感器的特征
（1）输出信号不受测力点位置变化的影响。当一般弹性应变梁承受载荷时，产生弯曲，正应力正比于梁的弯矩，而弯矩又正比于力作用点的距离，因此力作用点位置的变化会引起测量误差。而剪切梁式称重传感器由于是测量其切应变，而切应变与切力成正比，切力在梁上为一常数与弯矩无关，所以力作用点位置的变化不影响传感器的输出；
（2）线性好、精度高。由于应变计是贴在工字梁腹板上，并与中心轴线成45°的位置上，它只测量与切应力对应的主应力，不受弯曲应力的影响，所以线性好、精度高；
（3）传感器受拉伸、压缩时，切应力的幅度与分布基本相同，即传感器的拉伸、压缩输出灵敏度基本相同，所以特别适用于同时测量拉和压的对象；
（4）高度低，体积小，重量轻，易于安装和维修；
（5）结构简单，易于密封，长期稳定性好，经久耐用；
（6）抗侧向能力强。
4 剪切梁式称重传感器的应用
称重传感器有效针对不同的市场需求，对自身业务作出相应的调整，这对于适应市场的现实性要求、更好的适应其发展具有十分重要的作用。
4.1剪切梁式称重传感器的应用选择
4.1.1 环境因素的影响
剪切梁式称重传感器的应用选择首先要根据环境因素进行选择，必须充分考虑其工作环境的特殊性，有效的让它适应各种残酷的工作环境，无论是高温酷暑还是寒酷冷冻，称重传感器都具有稳定的性能，能快速适应不断变化的环境。而且由于采用不锈钢的外壳材料和先进的防潮材料，剪切梁式称重传感器具有较强的防腐蚀能力、防粉尘能力和一定的防潮能力。电子称重技术使用环境具有多样性，各种环境因素对设备使用的干扰不可预知，因此，综合考虑环境等综合性因素，对于能否有效发挥剪切梁式称重传感器的最佳性能至关重要，并关系着仪器设备使用的寿命以及在其过程中容易产生的各种安全性因素。
4.1.2 传感器量程的选择
剪切梁式称重传感器量程的选择，必须充分考虑测量称的受力范围和最大的受力程度，以及相关的传感器的个数、秤体的自重等一系列综合性因素。通常情况下，要想保证剪切梁式称重传感器称重的精确性，必须有效保证传感器的量程接近分配到每个传感器的载荷，只有这样，才能最大程度的将准确性调到最高程度，减小测量误差的存在。
4.1.3 传感器准确度等级分析
剪切梁式称重传感器准确等级包括称重传感器的非线形、 蠕变，蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标，能否有效把握这些指标，与剪切梁式称重传感器的准确等级有着十分重要的关系。在选用称重传感器的时候，必须有效确保其准确度的要求，并充分考虑剪切梁式称重传感器的造价、成本，最大程度的保障其准确性。
4 .1.4防潮处理
一般情况下，电子仪器设备会受到阴雨环境影响，极易将仪器内部设备损坏，紊乱其内部构造，影响其性能的发挥。因此很多精密仪器设备在雷雨天时选择避免使用，这就极大程度的限制了仪器设备使用的普遍性和便利性，增加了诸多仪器使用的不必要困扰，而剪切梁式称重传感器称重传感器具有防潮处理，这不仅有效解决了仪器设备在使用过程中的不便利因素，提高了设备的使用性能，而且减少了设备使用过程中因环境因素造成的各种干扰。
4.2 剪切梁式称重传感器的应用技巧
4.2.1 线路连接失误时及时纠正
称重传感器通过线路和电子显示仪表相连接，在线路连接过程中，可能会出现线路连接失误问题，这时我们要及时的加以修正，避免因错误的连接方式对仪器设备的内部机制造成损伤。尽管称重传感器内部设置拥有多重内部保护机制，虽然对于较短时间内的损伤能够有效的加以控制，但是从长远来看，问题得不到有效的解决，必然会导致十分严重的问题。
4.2.2 剪切梁式称重传感器的调试
剪切梁式称重传感器安装好以后要注意对其进行称重误差调试。众所周知，误差调试是一件十分复杂而且异常繁琐的过程，一方面，对于新手而言，由于对业务的不娴熟，对仪器设备的不熟悉，极易在操作过程中出现问题而影响误差的调试;另一方面，由于日常仪器操作设备中，每个称重传感器感受到压力的输入以及转换成输出的电阻阻值不完全相通、零点输出不一致、灵敏度不相协调，在调整的时候又会相互受到影响，这无疑在一定程度上又加大了称重传感器的调试难度。
结束语
剪切梁式称重传感器在称重技术中具有非常重要的作用，彰显了强大的优越性，特别是它的操作性强、应用广泛、便携、环境适应性强等一系列的优点，极大的适应了经济高速发展的需求。同时，在实际制造过程中，必须有完善的加工工艺、严密的粘贴技术、完整的桥路补偿技术等，只有这样，才能真正生产出理想的高精度和长期稳定性好的电阻应变式称重传感器。随着科学技术的迅速发展，剪切梁式称重传感器势必会拥有更好的发展空间，推动称重技术的进步。
参考文献
[1] 刘九卿.浅谈称重传感器技术动向、 发展趋势和产业方向[ J ].衡器，2005，34(6):1-5.
[2] 张松涛.基于应变传感技术的智能称重系统设计[J].兵工自动化，2002，21(3):
[3]李光合．应变式传感器．科学出版社，1982(9)
[4]林自强．国外高精度应变测力传感器技术分析与探讨．机械工业出版社。1978