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微型称重传感器面积效应影响受压时弹性元件的刚度连续增大,而受拉时则刚度连续减小,这一论点是基于弹性模量保持恒定并与同时发生的密度变化无关的假设。然而,实际上是受压时弹性模量稍稍增大,受拉时弹性模量稍微减小,结果使得面积效应影响更加严重。虽然弹性模量的这种变化很小,以致在一般材料性能试验中难以检测出来,但从现代称重传感器的准确度等级来说,其影响仍然是显著的。即使不考虑弹性模量随应力的变化,我们至少可以估算出由于面积变化引起的非线性误差。当圆柱式弹性元件的轴向应变每变化 100με 时,面积变化所引起的非线性约为 0.003%。
微型称重传感器
由于弹性元件机械加工、热处理和粘贴电阻应变计等因素影响,称重传感器的固有非线性误差分散较大,不能通过 3 只 ~5 只称重传感器进行线性补偿试验,求得线性补偿电阻 RL的平均值用于批量生产的线性补偿中,必须逐个称重传感器进行线性补偿。一般线性补偿方法为通过经验公式计算出线性补偿电阻值,将其增大 10%~15%就是线性补偿半导体应变计的过补偿电阻值。进行线性补偿时,只需在线性过补偿电阻上并联一个金属膜线性补偿精调电阻,即可精确调整称重传感器的线性补偿特性,达到线性补偿的目的。
法制计量组织 (OIML) 第 60 号建议 2000 年版之前,主要有两种方法,其一是端点连线法,即以零点和满载间所连接的直线作为标准拟合线,此方法直观、简便,但定义出的非线性误差较大。其二是小二乘法求出的直线作为标准拟合线,定义出的非线性误差较小,故比较合理。一个量程为 24.5t 的 C2P1型称重传感器,方法定义的非线性误差为 0.05%,而用第二种方法定义的非线性误差只有 0.033%,减少了三分之一。线性补偿结果告诉我们,只有标准模拟合直线选取的科学合理,才能充分体现线性补偿特性。
传感器灵敏度温度误差经典的补偿方法是,在惠斯通电桥电路的输入端串联一个对温度敏感的补偿电阻 RMt,当环境温度升高时 RMt增大,尽管供桥电压 Ui保持不变,但由于电阻分压作用,使电桥的实际供桥电压 UAC减小,从而导致灵敏度减小,这就对因温度升高弹性模量降低灵敏度增大起到补偿作用。因为在灵敏度温度误差中,βE起主作用,所以国外常把这项补偿称为模数补偿。
电阻应变计敏感栅和基底材料以及制造工艺都一样,圆环式结构比圆柱式和剪切梁式结构的灵敏度温度误差要小一些,大约小 6%左右。这说明称重传感器灵敏度温度误差的影响因素,主要是弹性元件材料的弹性模量E,其次是电阻应变计灵敏系数和制造工艺,在相当小的程度上与称重传感器弹性元件的结构有关。对同一种弹性元件结构而言,只要金属材料、电阻应变计和制造工艺不变,灵敏度温度误差的分散度比较小,一般小于 10%,这主要是制造和补偿工艺引起的。