消除载荷偏心影响的措施

消除载荷偏心影响的措施

定义与问题

在柱(筒)式力传感器中，理想载荷应沿圆柱轴线方向均匀作用。实际安装时，载荷可能偏离轴线（偏心）或呈一定角度，从而产生弯矩，导致应变片输出偏离线性关系，严重时传感器会因弯曲而损坏。

主要消除措施

1. 双球面底座结构：在传感器底部安装上下两个半球组成球铰，使载荷作用方向始终垂直于接触面，自动对中，消除弯矩。

1. 加荷重环（弹性环）：在传感器受力端加装高弹性合金环，载荷通过环传递至传感器，环的周向变形均匀化，分散偏心影响。

1. 差动电桥补偿：

• 沿圆柱圆周均匀粘贴4或8个应变片，组成全桥（相邻桥臂受弯矩相反）。对轴向应变：${\epsilon }_{\text{轴向}}=\frac{F}{A·E}$，弯矩引起的附加应变在相邻桥臂符号相反。
• 差动输出：$U_{\text{out}}=\frac{U_{\text{in}}}{4}·({\epsilon }_1-{\epsilon }_2+{\epsilon }_3-{\epsilon }_4)$，此时弯矩被抵消，输出仅反映轴向力 $F$。

1. 机械限位保护：设计固定挡板或防转销，限制传感器在过大偏心时的水平位移，防止塑性变形。

工程理解

实际应用中常将上述措施组合使用：双球面+差动电桥可基本消除偏心影响；加工时需控制柱体同轴度与应变片贴片位置精度；安装时确保底座水平，避免附加弯曲。