电阻应变式称重传感器零点偏差的分析

　　零点输出是电阻应变式称重传感器的一项重要指标。本文以双平行梁结构称重传感器为例，通过数学模型分析造成传感器零点输出的主要因素及影响。

　　双平行梁结构电阻应变式称重传感器 (如图 1所示)，

　　其特点是，在载荷作用下，对角薄壁处发生相同趋势的变形。在图 1 中，1、3 处在载荷作用下发生压变形，2、4 处发生拉变形。在四处薄壁变形处贴上应变片，构成如图2 所示的惠斯顿电桥，则灵敏度：

　　在无载荷作用下 (零点)，传感器理论上应该输出 0，但是实际上传感器在零点都有一定的输出，这就是零点偏差。传统的零点补偿方法一般是通过在 G1、G2、G3和 G4桥壁中串入电阻丝使电桥零点输出平衡。实际上零点偏差具有方向性，但电阻应变计阻值偏差造成的零点偏差与传感器安装方向无关，因此可以判定存在其他对零点输出具有重要影响的因素。

　　一、数学模型的建立与分析

　　在图 1 所示的已安装的传感器示意图中，理想情况下认为 1~4 处各点受到应力相同。但是实际上各点的应力情况是不同的。如图 1 所示，1、4 处受载荷及传感器 S1部分重力影响，2、3 处除受载荷及S1影响外，还受到 S0的影响。在无载荷作用下，假设 S1部分重量造成 1、4 处应变计电阻变化率为 δ1，S0部分重量造成 2、3 处应变计电阻变化率为 δ0。因此 2、3 处实际受到 S0和 S1的共同作用，其电阻变化率应表示为 δ0+δ1。

　　将上述结论代入式 1，可以得到：

　　二、试验与验证

　　为了验证上述数学模型所得的结论，选择了10个如图 1 所示的传感器。由于传感器已经按照图1 所示安装方式进行了零点偏差补偿，所以验证的重点是验证eA- eB是否对应传感器的重量。

　　试验方法如下：

　　(1) 随机抽取某一批次中的 10 个成品传感器，并测得每个传感器的重量;

　　(2) 由于成品传感器在安装侧有一些附加的零件 (比如线路板、防护材料、接插件等)，对这部分重量进行了测量。平均每套为 9.2g。由于这部分重量在S1部不存在，应予扣除;

　　(3) 测得加载机构的实际重量为 171g。为测得传感器的输出灵敏度，试验中使用 1kg 砝码进行加载。因此实际加载重量为 1171g;

　　(4) 按图 1 所示安装传感器，并预加载数次，使传感器输出稳定;

　　(5) 测量传感器空载输出 (无加载机构);

　　(6) 使用 1kg砝码测得相应输出;

　　(7) 将传感器旋转 180°安装 (B面在上)，测得空载输出 (无加载机构);