负荷导入的技巧和窍门

称重传感器正确的加载程序是获得精确称重结果的先决条件。其受到加载方向,支持结构和安装工具等多种因素影响。

需要特别注意负荷导入点,包括传感器和被测物体之间以及传感器和支撑表面之间。

称重传感器只允许作用在负载方向,否则会产生不正确的测量结果,甚至缩短称重传感器的使用寿命。

称重传感器只能用于特定的负载方向,在 HBM 的传感器上都会以箭头来标示负荷方向。

侧向力或弯矩要尽可能避免。下图包括了正确的称重传感器负荷导入 (a) 以及一些不正确的负荷导入的例子。

Correct loading of load cells and some examples of incorrect loading
称重传感器正确的负载导入和不正确的负载导入案例

称重传感器的支撑结构

压式称重传感器底部必须放置于平坦,能承重的基座上。基座在负荷下不会产生变形。为保证均匀负荷从传感器传递到基座上,传感器必须固定于坚固的基座上。对于平面支撑的传感器尤为重要。传感器基座必须能承受与负荷对应的支撑力。

尽管整体稳定,有时基座在负荷作用下也会产生强烈变形。

由于这一变形同时引起支撑面的沉降,所以在此情况下必须保持所有基座的沉降大小相等,以避免倾斜,及由此产生的侧向力。

总的来说,刚性结构基座优于柔性结构。软结构的各处很难达到均匀沉降,且会造成整个解耦的附加应力。

Incorrect support structure of load cells
称重传感器不正确的支撑

传感器的安装附件

称量容器或监控填充状态时,必须考虑由温度变化产生的容器和支架的水平运动。刚性安装附件阻止这一运动,最终产生水平侧向力,致使产生测量误差。这一作用力有时是传感器损坏甚至断裂。这种情况可能出现在负荷加载点处,偏心的负荷或斜向负荷产生扭力和侧向力,因此需选择能避免温度变形或其他因素引起的水平力的结构。 上述描述是为了给不同容器结构产生的问题提供一般性的解决方法。

使用安装附件装配传感器的准则,是排除多方面的干扰。因而要求视应用而定选择具体的安装附件。然而说到底,只有对称重技术了如指掌的设计工程师才能确定测量过程的干扰情况。因此对不同的传感器结构,不光有广泛的负荷导入方式,才有多种安装附件的选择。

弹性支撑

典型的弹性支撑是许多重叠安置的钢板和胶层,通过硫化过程相互连接的。很小的力也会是上下面的负荷引导层平行移动。所以最上支撑板能够避免侧向力,而不给传感器下支撑板前加力。容器和传感器之间的水平平移最多可达15 mm。

同时在平移中产生回复力,使容器又回到起始点,此力与负荷无关,而正比于平移距离,根据弹性支撑体型号的不同,可达 800 N,这一支撑平衡倾斜达 1.7° 的容器。

尤其对冲击式的负荷振动和其他又外部引起的振动,弹性支撑体的阻尼作用是有利的。此外,弹性支撑体被设计成良好绝热,其层式结构使容器与传感器之间的热传导为极小。

为限制侧向偏移,只要设置端点偏移保护,而无需操作部件。

注意
由于待称容器连接管道使弹性体支撑在额定负荷时变形大约 1 mm,这已明显地大于传感器的实际变形量,若不予考虑会产生大的误差。

尽管不用通常的导杆束缚,重心不稳时必须确保容器被结实固定。在容器称量领域内,弹性支撑体是能满足低中精度要求的成本低廉和简单的构件。

ZEL element and its degree of freedom for absorbing the load
ZEL - 部件及其承重自由度

摆式传感器

C16 load cell (diagram) with degrees of freedom
C16 称重传感器的摇摆自由度

自复位摆式传感器

这是对重量加载偏心时,能自主地回到起始点而设计的传感器,这里利用了稳定平衡的物理特性。作为摆动体的传感器占有负荷引导面,其曲率半径大约传感器的高度。对初始位的摇摆导致加载点升高,从而使传感器自归中。

在技术参数表中允许的最大摇摆度,如对  C16/40t, 最大为 13 mm / 5°。此值决不允许超过,因摇摆过大会损害传感器的负荷导入点,这个问题可简单地通过调节装配结构的阻挡器到合适的位置来解决。

对成本低廉,易于安装而言,上下各一个 HBM 压头就足够了,防旋转保险装置可阻止轴向的旋转运动。

HBM 自复位 C16称重传感器的额定量程为  20 t 到 200 t。它适合了中高精度的要求。

摆支撑和摆支撑座

带有摆支撑和摆支撑做的标准梁氏传感器和 C 系列传感器能达到自归中的性能,这就使制造高精度容器秤成为可能。摆支撑的结构形式,能达到  3° 偏移而没有明显误差,支撑点的水平位移可以被限定在一定范围内,多数 ZPL 型摆支撑由两个支撑座和一件柱式支撑组成,对 ZPS 型摆支撑仅仅柱式支撑和 EPO3 压头各一个就能满足要求。

摆支撑在位移中加载点相对于出发点被略加提高,由此产生回复力,这个回复力使系统回到初始状态,因此摆支撑和摆支撑座可看成是自归中的。

C2A with ZPS

Z7 with ZPL

脚支撑

脚支撑尤其适合用于 HBM  HLC 称重传感器,负载通过摇杆针导入。通过摇杆针可以调节高度,使安装更容易。无需其他附件。简化平台秤的设计。

HBM HLC load cells with mounted ZFP load feet
HBM HLC 称重传感器安装了 ZFP 脚支撑

附属部件

锥尖和锥座Z6 with ZK

传统的衡器制造以机械秤的结构为最高的精度。对电子衡器,锥尖和锥座,相当于机械秤的刀口。

这一安装附件尤其适应于高精度要求的称重领域。但这样应用对动态负荷和振动是非常敏感的。

回扭机构

回扭机构应用于双弯曲梁传感器中,并使具有拉力或压力负荷在作用在一条直线上。它的应用限于平台内仅带一个传感器或与两边吊钩一起悬挂的重物。

 

膝眼RSC with ZGW

膝眼适合用于准静态的拉式负荷(负荷频率小于10 Hz),其他的连接通常利用叉型件,频率更高的动态负荷应该用柔性的易伸缩的柱状体。

 

 

 

固定或倾斜式支座

如果容器的支撑脚上没有全部安装传感器,那么必须安装固定或倾斜支座,在应用固定支座时,可利用现成的构建。图示为HBM 提供的固定支座,通过双T支架组成,通过斜撑创造了一个很好的柔性区域。固定支座也在水平方向固定了容器,这一方法也可以不同导向机构,要注意的是,传感器的偏移会引起固定支座的微小的弯曲,从而引起测量信号的误差,这一误差可通过校准传感器的方法来减小。


HBM 安装附件概览


HBM Fixed bearing

对倾斜式支座而言,上面描述的测量误差,实际上不会出现,因而这里没有弯曲应力而言,只发生细微的滚动摩擦,但是倾斜支座的水平偏移,远小于固定支座的,因此根据应用场合不同可能需要安装导向杆。

Example of a rocker bearing

固定支撑

容器固定

保护器

建造容器秤时,其允许的位移基于传感器及其安装附件。这些安装附件或者是自归中的,部分是自复位的。机械保护器保护的是最大允许横向位移。例如角度阻挡器,或橡胶缓冲。 、

Stops

保护器

反向抬升保护

若容器重心位于支撑点之上,且同时不能排除风及其他外力影响,则容器也应针对倾倒或抬升以保护。

这可设计两级保护或设计特别的反向抬升保护,例如,抬升保护可在承载点附件垂直加入螺旋杆加以实现。在容器方面,螺栓杆悬空通过加载秤体的钻孔伸入。其保护间隙是通过位于螺杆上的螺母调节的,通过在加载秤体中钻孔的大小,通常也可限制最大侧向位移。

Anti-liftoff device

反向抬升保护

导杆

在使用非回位作用的多球支座或类似元件时,值得推荐的是以导杆固定容器。导杆的尺寸和结构设计成能传递测量力,并在测量方向上阻止容器运动的力尽可能小,导杆有下列形式:

张弦:
他们不传递垂直力,并以此很好地避免外力影响。

张弦

螺栓导杆:
他们在轴向产生与平衡水平力相应的反作用力,因此一个导杆必须两端同时使用螺栓。

螺栓导杆

扁棍导杆:
扁棍导杆对水平的位移产生轴向力而对垂直的偏移产生了弯曲,它容易产生附加力。但是即使在大截面和双面张紧使用时产生的附加力的影响是很小的,但是校准时必须注意附加力的作用。

扁棍导杆

销子导杆:
销子导杆在垂直方向产生很小的附加力,然而导杆小小的倾斜即能引起夹紧,以此产生摩擦力,并形成垂直方向的附加力影响。因而装配中要求细心的定向工作。此外,在系紧容器,应确保不出现任何导致销子导杆倾斜的位移。

销子导杆


带万向节的螺栓导杆:

带铰链头的螺栓导杆与销子导杆具有同样的作用。然而由于万向节轴承可以向各个方向自由旋转,能避免倾斜。所以装配时只要水平校准导杆,这类带万向节的螺栓导杆对于容器结构的制造和装配误差要求较松。但导杆必须对万向节轴承进行保护,以防止锁死,尤其是在户外。

带万向节的螺栓导杆

Submitting your vote...
称重传感器负荷导入
3.9 of 5 stars — 10 votes
Click the rating bar to rate this article.