动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别

2021/11/10 14:05 · 传感器知识资讯 ·  · 动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别已关闭评论
摘要:

动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别本文作者根据自己多年经验,给大家介绍了称重传感器和测力传感器有哪些不同之处。笔者认为,测力与称重传感器之所以会发展成为两大分支,主要原因是它们的用途不同,从使用角度对传感器提出的要求区别较大.数年前.人们并不认真区分测力传感器与称重传感器.因为两者的工作原理,结构,材料,制作工艺、测试方法等完

动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别  第1张

动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别

本文作者根据自己多年经验,给大家介绍了称重传感器和测力传感器有哪些不同之处。
笔者认为,测力与称重传感器之所以会发展成为两大分支,主要原因是它们的用途不同,从使用角度对传感器提出的要求区别较大.
数年前.人们并不认真区分测力传感器与称重传感器.因为两者的工作原理,结构,材料,制作工艺、测试方法等完全相同.往往同一个传感器.可以用于测力,也可以用于称重,因而将它们统称为负荷传感器(Loadcel1).并且采用统一的标准和测试方法。
但是,随着衡器技术的发展,人们逐渐发现不能再将它们混为一谈,特别是电子秤的普及和承平的提高,规程、标准逐渐完善.对用于电子秤的称重传感器提出越来越明确、合理.独立的受求,1984年国际法制计量组织(OIML)提出了专门针对称重传感器计量要求和检定程序的第60号国际建议。该建议于1984年10月由第七届国际法制计量大会通过,1985年正式颁布。而测力传感器由于各种使用状态和要求差别较大,目前还难以提出一个一般测力传感器都能通用的标准和规程。
具体来说有以下几个方面的差别:
1.误差带表示方法
过去,不论用于测力还是称重的传惑器.都采用线性、滞后,重复性等相对于满量程误差(%F.S.)的单项指标来表征其性能。这种传统的表示方法简单易行,衡量其水平高低时,直观明了(觅图1)。但对于电子秤畿电子测力系统来说,这种方法都不实用,圆为电子评或电子测力系统的误差带规律与此不同,这就使研制或生产电子秤和电子测力系统的人很难合理选用传感器。
针对称重传感器专门用于电子秤.第60号国际建议中对称重传感器的误差带要求已与电子秤完全相对应,电子秤的准确度分为I、II、III、IIII级.称重传感器对应分为A.B、C、D级。以最常甩的III级秤为例,其最大允许误差见表1.它应配用的传感器为c级.其最大允许误差见表2。表中的e及u均为检定分度值
表1,III级秤的最大允许误差
表2,C级传感器的最大允许误差
表1及表2的数据可用图2表示。由此可见.称重传感器与电子秤都采用阶梯形分段表示法,分段方法完全相同,而传感器的最大允许误差为秤的7O%。与传统的传感器单项指标表示法不同之处还在于:上述阶梯形误差带包含线性,滞后,灵敏度温度影响三项指标。此外,传统的传感器的参考直线是“端点连线”法,而称重传感器采用
“3/4点连线”法,即通过0点及进程75%量程点作一直线,这两种计算方法的结果差别很大.测力传感器因为还没有新的标准,目前仍采用传统的(%F.S.)误差表示法。然而,人们也越来越感到它与电子测力系统显得不协调。因为力值计量是以逐点的示值相对误差(%示值)表示的(见图3)。可以预见,待条件成熟时。测力传感器也必须采用逐点的示值相对误差.
传感器的相对误差
2.准确度
以传感器满量程点的准确度而言,一般商用称重传感器为万分之二左右。测力传感器却因使用场合不同而千差万别,在某些复杂,恶劣的条件下,能达到百分之一就十分满意了,而用于基准测力机作力值比对的测力传感器,则要求其特性短期(一、两周内)复现性达到百万分之几。
3.测量范围
一般电子秤的最大称量为几千克至几十吨。而测力传感器的量程小至几十毫牛(几克力),甚至几十微牛(几毫克力),大至几十兆牛(几千吨力)
4.量程衰减
所谓量程衰减,即对某一额定量程的传感器,通过提高测量仪表的放大倍数,使该传感器可用来测量小载荷,并且达到足够的分辨率和测量精度.好比杆秤变换秤纽一样例如。额定量程为100kg的传感器,测量100kg载荷时,分辨率为0.1kg,准确度为±0.5kg,若将称重仪表增益提高50倍,满量程即变为2kg,分辨率也变为0.002kg。准确度可达±0.01kg。
称重传感器一般无此要求。而用于材料试验机的测力传感器,要求量程衰减50倍甚至100倍。这就大大扩展了同一传感器的有效测量范围,既可用来拉伸粗钢试样,又可用来拉仲细丝。当然由此对传感器起始段的特性也提出了极高的要求。
5.工作温度
称重传感器一般在自然环境中使用.工作温度范围为一10℃一+40℃。而测力传感器与被测对象直接相连,当被测对象必须在极低或极高温度下测试时,由于传导,辐射、对流作用.测力传感器也必须在较低(一1O0℃以下)或较高(+200℃)温度下工作。
6.加载时间
电子秤的一次称量时问约为几分钟,最长几小时。而有的测力传感器连续测试时间要长得多。例如疲劳试验,蠕变或松弛试验要连续进行几十至几百小时,埋入水库大坝坝基的测力传感器,要连续测量许多年。
7.加载方向
称重传感器都只承受拉或压单向载荷。测力传感器有不少场合要承受拉,压双向的交变载荷。此时.对传感器两个方向受力的输出灵敏度对称性必然要提出要求。
8.一次安装与多次安装。
称重传感器是一次安装后整机调试,正常使用过程中不再装拆。测力传感器因为与它连接的测试对象经常变动,需要经常装拆。因此要求其特性在多次装拆时能保证具有良好的再现性。
9·疲劳寿命
称重传感器若以一分钟加载一次,一天使用8小时计算,十年累计加载约近20万次。而高频疲劳试验机每秒施加交变载荷3次,1小时即达一百争万次。试验一根试样。往往要做到一千万次(107)在此场合工作的测力传感器,疲劳寿命要求达到几百或几千个107次,实际上为无限长。
10.载荷的波形
称重传感器在每次加载时,要承受一次冲击。加载波形近似为一梯形波上叠加一个衰减振荡的波形。冲击力不会太大。过载程度也不会太严重,而测力传感器往往载荷的波形很复杂,千变万化,很难预料。除单次的拉或压载荷及常见的正弦波载荷外,还可能承受各种特殊波形载荷。如电液伺服疲劳试验机可产生矩形波,锯齿波。利用炸药爆炸作为动力源的高速拉伸试验机,载荷从零增加到最大值所需时间约为1毫秒,相当于冲击波。测量打桩办的传感器也工作在冲击状态。又如在飞机的起落架上贴上应变片,将飞机起飞降落时起落架的受力波形记录下来,再输入到试验机中去用试验机对起落架部件单独进行模拟起飞降落的试验,以研究其寿命及可靠性,改进性能。此时载荷的波形为随机波。此外,在拉伸试验机上拉伸试样时,试样经常在某一瞬间突然脆断,载荷从最大值一瞬间内突变为零。由于能量突然释放,产生极强烈的冲击和振动,测力传感器设计制造中稍有不当,即遭破坏。
11.干扰力
由于电子秤的结构设计十分讲究,加工、装配十分精确,所以称重传感器的受力状态较为理想,一般能保证使载荷通过传感器的设计轴线。而测力传感器由于条件限制,往往要受到侧向力、倾斜力、偏心力、扭矩等干扰的影响,因而有的要求测力传感器本身必须具有良好的抗干扰力特性(例如采用双层膜片结构),有的要求专门设计成多分量测力传感器,能同时测量几个方向的分力或力矩。
12.刚性或挠度
称重传感器一般不考虑刚性或挠度。测力传感器是整个测力机构中的一环,有的试验为保证某项参数能测量精确,对整机刚度提出要求,此时对传感器的刚度也必然提出具体要求。在谐振式高频疲劳试验机中,为使整机能工作在谐振状态,传感器刚度必须为某值。
13.固有频率
’称重传感器一般无此要求。而测力传感器往往用于动态测试,为保证动态测量精度,必须提供传感器固有频率的参数,或者先提出固有频率指标,再进行传感器设计
14.计量单位
称重传感器的额定负荷计量单位为克(g)、千克(kg),吨(t)。测力传感器为牛(N).千牛(kN)、兆牛(MN)。
从以上各点分析对比可知,测力传感器与称重传感器在使用方面的许多要求都不相同。它们很难采用统一的标准和规程,它们最终分道扬镳,是称重传感器技术发展的必然结果。
此外,还可看出,测力传感器的使用条件远比称重传感器复杂,恶劣。不同的使用场合,会提出不同的要求,并且它们往往差别很大,在某一场合必需保证指标A很高,指标B无关紧要。
而在另一场合却要求指标B很高,指标A可不加考虑,因而很难找到共同语言,也很难制定出一个统一的标准和规程。我认为今后只能将测力传感器分成几大类,分别制定标准和规程。

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动态称重传感器:动态称重传感器技术

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动态称重传感器:动态称重传感器的制造方法

动态称重传感器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及质量测量领域,特别是指一种动态称重传感器。
【背景技术】
[0002]公路超载超限服务系统已成为当前道路养护、交通安全中十分重要的网络管理系统,能够快速预检超载货车的网络终端智能传感器是预判车辆超载的小型电子元件。目前,现有的动态承重传感器为瑞士Ki st I er (奇石乐)公司开发出可以埋在路面下的以石英晶体为敏感元件的工字梁型动态称重传感器,用于公路车辆轴载超载预判,桥梁超载报警,隧道保护和车辆轴载计量,取得了很好的应用效果。1993年7月在苏黎世的瑞士联邦技术研究所,根据欧洲研究项目“C0TS323道路动态称重”的要求,对压电石英称重传感器与传统的动态称重传感器进行了道路比较试验。试验结果表明,在车速较低的情况下,动态称量结果与动态校准结果非常吻合,证明压电石英称重传感器完全可以用于公路车辆轴重计量,而且比传统的动态称重传感器效果更好。
[0003 ] 瑞士K i s 11 er (奇石乐)公司研制的石英晶体动态称重传感器的总体结构如同Im长的工字梁,如图1所示,工字梁的腹板为圆形空心截面,其空心是平行于工字梁上下翼缘的两个平面形成的矩形通孔,多个传感单元需要安装于圆形空心中,安装及封装的难度大,并且,由于该石英晶体动态称重传感器为整体结构,当车体经过时,传感器的水平力无法过滤,影响检测结果,同时,石英片受力是不均匀的。因此,不能用于高速路不减速动态监测。该石英晶体动态称重传感器的传感器部分,如图2所示(101.石英晶体片102.电极板103.上压板104.外壳105.信号输出插座),它是采用2片石英晶片,在石英晶片中间打孔,而石英片为易碎品,中间打孔加工难度尚,成本尚,损坏率也尚,且中间打孔的石英晶片应力集中,使用过程中也容易碎裂。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、稳定,容易组装,能够减小水平力干扰,能够实现不减速测量的动态称重传感器。
[0005]为解决上述技术问题,本发明提供技术方案如下:
[0006]—种动态称重传感器,包括固定连接的上基体和下基体,其中:
[0007]所述上基体和下基体之间设置有石英晶体,所述石英晶体的上表面设置有上电极,所述石英晶体的下表面设置有下电极;
[0008]所述上电极和下电极内部分别设置有电极接头母端,所述上基体和下基体之间在所述上电极、下电极和石英晶片的外部设置有保护套,所述保护套上预留有与所述电极接头母端对应的缺口,所述电极接头母端通过所述缺口连接有电极接头公端;
[0009]所述上基体和下基体之间在所述保护套的外部还设置有屏蔽层,所述上基体和下基体之间在所述屏蔽层的外部设置有密封层;
[0010]所述上基体和下基体采用螺栓和螺母固定连接,所述上基体的上部和所述下基体的下部分别设置有安装所述螺栓的上封装层和安装所述螺母的下封装层。
[0011]进一步的,所述上电极和下电极上均设置有横向槽口,所述上电极和下电极内部设置的所述电极接头母端均一端位于所述横向槽口内,所述电极接头母端的另一端设置有用于连接所述电极接头公端的横向接口 ;
[0012]所述电极接头母端和电极接头公端的横断面均为横向的Y形。
[0013]进一步的,所述密封层的内部设置有围绕所述屏蔽层的屏蔽网。
[0014]进一步的,所述下基体的上端设置有凹槽,所述石英晶体、上电极、下电极、电极接头母端和保护套构成的整体结构设置在所述凹槽中,所述凹槽的底部设置有绝缘片。
[0015]进一步的,所述凹槽的数量为I个或多个。
[0016]进一步的,所述上基体和下基体与所述密封层的接触面上均设置有能够增大摩擦的若干沟槽。
[0017]进一步的,所述沟槽的横断面为方形、三角形、半圆形或半椭圆形。
[0018]进一步的,所述上基体与所述上封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽;所述下基体与所述下封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽。
[0019]进一步的,所述上基体的上端和所述下基体的下端还分别设置有能够安装所述螺栓和螺母的槽口。
[0020]进一步的,所述上封装层和下封装层采用注塑成型的耐磨抗压材料;
[0021]所述屏蔽网为金属网;
[0022]所述石英晶体为有一定切型的超精加工产品,表面研磨精度为纳米级。
[0023]本发明的实施例具有以下有益效果:
[0024]本发明中,采用上下分体式结构,石英晶体置于中间,当汽车高速驶过本发明的动态称重传感器时,本发明能够充分过滤水平力,使垂直力作用于上基体,上基体整体下移,挤压传感单元,产生传感信号,进而与外部的信号处理装置配合计算出汽车的重量。本发明的分体式结构,能够有效减小水平力干扰,保证了动态称量的准确度,实现不减速测量。本发明中采用的石英晶体是单片石英片,中间无孔,结构简单、不易碎、容易组装、易于操作。因此,与现有技术相比,本发明具有结构简单、稳定,容易组装,能够减小水平力干扰,能够实现不减速测量的特点。
【附图说明】
[0025]图1为现有技术的压电石英承重传感器的整体结构图;
[0026]图2为现有技术的压电石英承重传感器的传感器部分的结构图;
[0027]图3为本发明的动态称重传感器的实施例的正面剖视图;
[0028]图4为本发明的动态称重传感器的实施例的侧面剖视图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0030]本发明实施例提供一种动态称重传感器,如图3-4所示,包括固定连接的上基体I和下基体2,其中:
[0031]上基体I和下基体2之间设置有石英晶体3,石英晶体3的上表面设置有上电极4,石英晶体3的下表面设置有下电极5;
[0032]上电极4和下电极5内部分别设置有电极接头母端6,上基体I和下基体2之间在上电极4、下电极5和石英晶片的外部设置有保护套8,保护套8上预留有与电极接头母端6对应的缺口,电极接头母端6通过缺口连接有电极接头公端7;
[0033]上基体I和下基体2之间在保护套8的外部还设置有屏蔽层9,上基体I和下基体2之间在屏蔽层9的外部设置有密封层10;
[0034]上基体I和下基体2采用螺栓15和螺母16固定连接,上基体I的上部和下基体2的下部分别设置有安装螺栓15的上封装层11和安装螺母16的下封装层12。
[0035]本实施例的动态称重传感器,采用上下分体式结构,石英晶体3置于中间,当汽车高速驶过本实施例的动态称重传感器时,本实施例能够充分过滤水平力,使垂直力作用于上基体I,上基体I整体下移,挤压传感单元,产生传感信号,进而与外部的信号处理装置配合计算出汽车的重量。本实施例的分体式结构,能够有效减小水平力干扰,保证了动态称量的准确度,实现不减速测量。另外,本实施例中采用的石英晶体3是单片石英片,中间无孔,结构简单、不易碎、容易组装、易于操作。因此,与现有技术相比,本实施例具有结构简单、稳定,容易组装,能够减小水平力干扰,能够实现不减速测量的特点。
[0036]除了上述有益效果外,本实施例中,密封层10位于上基体I与下基体2装配好后的中间空隙,采用压力注入,它能够充满上基体I与下基体2装配好后的中间空隙,其具有无死角、绝缘、密封防潮,以及保护石英晶体3、上电极4和下电极5等中间组件的作用。
[0037]作为上述实施例的一种改进,如图3-4所示,上电极4和下电极5上均设置有横向槽口,上电极4和下电极5内部设置的电极接头母端6均一端位于横向槽口内,电极接头母端6的另一端设置有用于连接电极接头公端7的横向接口 ;
[0038]电极接头母端6和电极接头公端7的横
动态称重传感器:动态称重传感器和动态测力传感器的区别  第2张

动态称重传感器:石英式动态称重传感器

石英式动态称重传感器

4项发明专利,专业品质,每一个细节都体现出工匠精神,一流工艺、一流性能,,连续出口第一!适用于治超、治超非现场执法、道路、桥梁的监测监控等高速不停车称重!
1、彻底解决端头无信号或信号无法保证的问题;
2、真正意义的无缝对接安装,无需采用辅助传感器;
3、独创发明专利的柔性脊柱式结构,真正意义的实现单晶体标定,精度得到最大的保证;
4、采用全球最优晶体原料,和300多道生产工艺;

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