第五届全国称重技术研讨会论文集

    [摘要] 本文介绍了一种新型结构的三半环式传感器。重点对三半环式传感器的整体结构，进行了受力分析和理论计算，给出了输出电路和测试结果。该TB111-3型 三半环式传感器已获得中华人民共和国国家知识产权局专利，专利号：L03251824.2。实用新型名称：三半环式传感器。

    关键词：三半环结构 双路输出 专利产品

1.结构

    TB111-3 型三半环式传感器的总体结构见图1。

图1 三半环式传感器总体结构图 图中：1弹性体 2膜片 3外套组件

    1.1弹性体结构
    弹性体结构见图2。

图2 弹性体结构

    如图所示，它是由三个变截面半环构成。其特点是：六个应变区均匀分布在与负荷轴线相垂直的一个平面上，每个半环上有两个应变区。三半环式传感器为整体结构，它是由上下两部分的承载板、中部的变截面应变区所构成。当负荷加载到三半环式传感器之上时即刻进入工作状态。三半环式传感器的工作状态相当于一个三条腿的板凳加上适当负荷，此时状态是很稳定的，并且对基面要求可以不是很平。这种情况要比两条腿和四条腿的板凳加上适当负荷要稳定得多。

    1.2弹性体计算公式
    如图3所示，由材料力学分析可知，环上各点的弯矩为：

    （此处W’为总负载W的三分之一）

图3 三半环弹性元件

    应变计粘贴处的特征点（1，2，3，4）弯矩最大，分别为：

    特征点处的抗弯模量为：

    所以，特征点处的最大应变值为：

    由特征点处的应变计组成应变电桥的输出与输入电压之比与重力W的关系为：

    式中： △U——与外力成正比的电桥输出电压（mv）
           U_in——电桥输入电压（v）
           W——重力
           K——应变计灵敏系数
           E——弹性体材料的弹性模量
           r——环的平均半径
           b——环的厚度
           h——环壁的厚度

    当然，这种计算是十分粗糙的估算。

    1.3电器结构
    弹性体为受力敏感元件，将电阻应变片按一定的工艺粘贴到弹性体上，组成惠斯通电桥。桥路与弹性元件结构结合,使被测值为各应变点之和并可自动平衡由偏载所产生的误差。弹性元件不受载荷时，电桥处于平衡状态，输出电压为零。弹性元件粘贴电阻应变片的部位为应变区，当传感器承载荷时产生与载荷成正比的输出电压，从而测出外加载荷的大小。

     图4是TB111-3 型三半环式传感器的接线图

图4 三半环式传感器接线图

    1.4总体结构
    从TB111-3型三半环式传感器的总体结构图1中可以看出该传感器有两路输出，在实际应用中：一路信号用于主测试、另一路用于控制中的信号源。根据不同要求也可用于其它场合，例如一路用于信号，一路作备用。

2.测试结果

    2.1技术指标
    灵 敏 度： 0.75～1.00mv/V
    综合精度： 0.05%FS
    桥    压： 30～40V
    变 形 量： 小于0.09mm（满量程）
    加载方式： 拉，压两用
    输出方式： 双路输出
    量    程： TB111-3（30kN）、TB111-5 (50kN)
    电    缆： 四芯屏蔽电缆长度10米

    2.2测试结果
    对两种规格共4支传感器测试结果如下：

3.讨论

    传统的板环结构与三半环式传感器的差别见下表：

    由此可见，三半环式传感器具有稳定的优点在日益扩展的传感器应用领域中应该有其更广的应用。当然，世界上没有完美的东西，三半环式传感器也存在它的缺点，仍需进一步开发和研制，以便更好的适应社会的需求。

参考文献

马良主编 应变电测与传感器技术 中国计量出版社1993年11月第一版第380页

<全文完>