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一種新型的十字梁傳感器和三球模塊
本文主要從傳感器的結構，配件的結構，傳感器的各種試驗數據來說明十字形傳感器的特性。
十字梁傳感器主要由彈性體，底板，連接螺絲等構成，因其俯視圖像個“十”字，因而得名為十字梁傳感器，如圖1所示。
正視圖 俯視圖
圖1
一、靈敏度的計算
為了簡化計算，十字梁傳感器可看成由4組工字懸臂梁組成，如圖2所示。
圖2
工字截面剪切應力可用如拉夫斯基公示計算：
— 1 —
b I QSz y * = τ （1）
其中：
剪力
Q=P/4
*yS 剪切截面對中性軸的靜矩
*yS 的計算
對圖工字截面梁，可看成由三個矩形截面合成
對翼櫞部分：
8 ) ( 4 ) 2 ( 2 2 1 *1 h H B h H h H B y A S y − = + − = = （2）
對腹板部分：
8 4 ) 2 ( 2 2 2 *2 bh h h b y A S y = = = （3）
將（2）（3）代入下列公式得到：
8 ) ( 2 2 2 *2 *1 * bh h H B S S S y y y + − = + = （4）
Iz剪切截面對中性軸的慣性矩
對圖工字截面梁，可看成由三個矩形截面合成
對翼櫞部分：
24 ) 2 ( 32 ) 2 ( 32 3 3 3 3 2 2 2 2 1 Bh BH h B H B d By I I H h y z z − = − = = = ∫ （5）
對腹板部分：
123 22 2 3 bh d by I hh y z ∫ − = = （6）
將（5）（6）代入下列公式得到：
12 3 3 3 3 2 1 bh Bh BH I I I I z z z z + − = + + = （7）
沿中性軸 45°方向產生的變化符合純剪切狀態，所以有：
將（4）（7）代入（1）得到
33 3 2 2 2 max )( ) ( 83 bh h H B bh h H B bP +− + − • = τ （8）
} 33 3 2 2 2 max 45 )( ) ( 83 12 bh h H B bh h H B bP o +− + − • = = = τ σ σ σ （9）
— 2 —
在剪切比例極限內，剪應力和剪應變服從剪切胡克定律：
Gmaxmaxτγ= （10）
)1(2μ+=EG （11）
}Go22maxmax4512τγεεε=== （15）
將（9）（14）代入（15）后得到
33322245)()(8)1(3bhhHBbhhHBEbPo+−+−•+=με （16）
傳感器輸出ibhhHBbhhHBEbPKUiKUSo××+−+−•+==1000)()(8)1(333322245με （17）
其中i為經驗系數，針對十字梁傳感器，i=0.85
以一30t十字梁為例，預留靈敏度溫度補償量，分別取B=36（mm，如無特別說明，以下長度單位都為mm）；b=10；H=44；h=28，將數據代入（17）得出S=2.25mV/V。
二、彈性體的加工
由于十字梁傳感器的結構相對比較復雜，如果采用傳統加工方法則費工費料，缺乏經濟性和批量加工實用性，為解決這個難題，浙江南洋傳感器制造有限公司大膽啟用新工藝，將模鍛方法引入到傳感器的加工，通過模具將棒料鍛打出十字梁的毛胚（如圖3所示）。
圖3
三、性能測試情況
地磅安裝好后調試的關鍵過程就是角差的調整，引起角差的其中一個主要原因是各傳感器的靈敏度不一致，而傳感器靈敏度不一致的原因一般有兩種，一是傳感器出廠時的靈敏度不一致，二是安裝時傳感器不垂直，受力點不在中心位置等因素。
對于第一點，由于傳感器測試設備精度的提高，作為傳感器廠家在傳感器出廠時達到一致的靈敏度是比較容易控制的，然而通過圖一我們可以發現，十字梁傳感器是由彈性體和底板通過螺栓連接組成，傳感器廠家都知道，連接螺栓預緊力的大小會影響傳感器的靈敏度，當安裝時如果螺栓直接作用在底板上，會引起底板的變形，從而改變連接螺栓的預緊力，引
— 3 —
起傳感器靈敏度的變化，通過大量的試驗和反復的思考，引入過渡套，如圖4，順利地解決了這一問題。
圖4
而對于第二點，跟基礎、承載器、現場安裝等一系列因素有關，并不太容易控制，為了能夠得到比較理想的角差，這就要求傳感器有較好的抗偏載能力和抗側向能力。
|
十字梁傳感器因其特殊的十字結構，偏載力和側向力能夠得到很好的消除，試驗數據如下表格： 加載值(t) |
正常測試 | |||||||
|
加載一 |
加載二 |
加載三 |
平均值 |
| ||||
|
0 |
0.00000 |
0.00000 |
0.00000 |
0.00000 | ||||
|
5 |
0.34185 |
0.34179 |
0.34180 |
0.34181 | ||||
|
10 |
0.68364 |
0.68357 |
0.68355 |
0.68359 | ||||
|
15 |
1.02546 |
1.02539 |
1.02537 |
1.02541 | ||||
|
20 |
1.36724 |
1.36716 |
1.36716 |
1.36719 | ||||
|
25 |
1.70905 |
1.70898 |
1.70900 |
1.70901 | ||||
|
30 |
2.05092 |
2.05083 |
2.05083 |
2.05086 | ||||
|
25 |
1.70930 |
1.70922 |
1.70922 |
1.70925 | ||||
|
20 |
1.36773 |
1.36766 |
1.36767 |
1.36769 | ||||
|
15 |
1.02555 |
1.02548 |
1.02555 |
1.02553 | ||||
|
10 |
0.68373 |
0.68365 |
0.68367 |
0.68368 | ||||
|
5 |
0.34188 |
0.34181 |
0.34183 |
0.34184 | ||||
|
0 |
0.00005 |
0.00002 |
-0.00003 |
0.00001 | ||||
