圆柱式称重传感器非线性补偿原理及补偿电阻的选择

圆柱式称重传感器的非线性补偿原理

为了在圆柱式称重传感器内部,通过改变电桥电路的实际供桥电压,来调整输出进行非线性补偿,以达到提高线性度的目的。在圆柱式弹性元件应变区内位于电阻应变计的上方沿轴线方向对称的粘贴2片非线性补偿电阻应变计R_L,若非线性补偿电阻应变计的灵敏系数为负值时(如镍箔电阻应变计),应垂直于圆柱式弹性元件轴线沿环向粘贴,并将非线性补偿电阻应变计串联在电桥的供桥电路中。非线性补偿电阻应变计的粘贴位置如图2-3所示,非线性补偿电路如图2-4所示。非线性补偿电阻应变计与电桥的输入电阻R_AC组成分压器,其等效电路如图2-5所示。

非线性补偿电阻应变计粘贴位置图

非线性补偿电路图

非线性补偿电阻等效电路图

当圆柱式弹性元件承受压向载荷时,非线性补偿电阻应变计因承受压向应变而使电阻值减小。电桥的供桥电压U_i恒定不变,根据电阻分压原理,非线性补偿电阻R_L减小,使得电桥的实际供桥电压U_AC增大。随着外载荷逐渐增大,非线性补偿电阻R_L不断减小,实际供桥电压UAc不断增加, 使电桥输出呈递增的抛物线。由前面的分析知,圆柱式称重传感器的非线性误差是递减的抛物线。非线性补偿后,电桥输出的递减和递增互补,而使实际输出近似为直线。

非线性补偿电阻的选择

在接入非线性补偿电阻R_L的电桥电路中  实际供桥电压U_AC与电桥恒定电压U_i之间存

在下列关系:

U_AC/U_i = 1/1+R_L/R

式中R为电桥的桥臂电阻。

因为非线性补偿电阻R_L粘贴在轴向应变为ε的弹性元件上，故：

△R_L/R_L = K_Lε = K_Lε₀x

式中 K_L一非线性补偿电阻应变计的灵敏系数；

ε₀一额定载荷P0时RL承受的应变；

X一载荷P时R_L承受的应变（表示为额定载荷时就能变的百分比）。

为了得到尽量小的非线性补偿电阻R_Lo, 就必须选择尽量大的灵敏系数K_L,这就是非线性补偿电阻应变计必须具有很大的灵敏系数的原因。大灵敏系数的电阻应变计,能用于称重传感器非线性补偿的只有半导体和镍箔电阻应变计。P型半导体电阻应变计的灵敏系数为67~177,镍箔电阻应变计的灵敏系数为负数,其值为-12~20.一般多选择半导体电阻应变计,设K_L=110,则:

RL0 = 1/0.26*110-1 = 12.681Ω

综上所述,从理论上已经证明圆柱式称重传感器因电桥电路、弹性元件截面积变化和电阻应变计产生的综合非线性误差,可以通过串入电桥输入端的非线性补偿应变计电阻的变化,来改变实际供桥电压对称重传感器的非线性进行有效补偿。