北京诺信天正科技有限公司 王杰 电话：:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
轴销剪切式称重传感器
图
9是在一个吊环内装有轴销剪切式称重传感器的简图，这个组合表明切应力
称重传感器应用的多样性和广泛性。本文展示的这台轴销剪切式称重传感器取自
生产厂家的产品目录，见参考文献[4]。
1．承载卷筒，2.挂钩或吊链，3.
U形吊环，
4.剪切轴销，5.凹陷部分连线插头
图
9轴销剪切式称重传感器
应变计粘贴在轴销上的直径
d为
1/8英寸到
1/2英寸的圆孔内，并处于有凹槽
的位置上。应变计的粘贴位置必须准确，这项工作应该由一名熟练的机械师利用
特殊的工具完成。
参考文献[5]详尽的讨论了轴销剪切式称重传感器，如果对制造类似的称重传感
器有兴趣，建议读者重新读一下那篇文章。计算轴销上切应力的公式选自参考文
献[1]，在参考文献[5]中也给出了计算公式。此作者的研究展示了初始原型的
真实应力，它与计算公式有着非常大的差异。例如需要为所计算的弹性体提供
1.0mv/v的输出时，那么直径小的轴销切应力大约是
11500磅/英寸
2，而要求
弹性体提供相同的输出时，直径大的轴销切应力却是
7500磅/英寸
2。称重传感
器的输出受很多因素影响，比如说穿过中心孔的直径
d，凹槽的直径
D，轴销与
支撑之间的间隙，支撑的硬度，应变计的尺寸等。可以被利用计算轴销剪切式称重传感器
输出的好公式是（
15）式，其中形状系数
a在
1.5到
2.0之间变化。
表
1列举了经试验得出的
a的一些数值，凹槽直径
D从
1.0到
3.0之间变化，
轴销是钢制的，称重传感器的输出灵敏度为
2.0mv/v，而中间孔的直径
d为
0.50
英寸。
轴销剪切式称重传感器的误差来源及设计建议
参考文献[5]指出“当几何形状没有问题时，传统的称重传感器要优于轴销剪切式
称重传感器”。轴销剪切式称重传感器在具体应用中，有很多误差来源，归纳起
来主要有：
（A）为了具有好的重复性和小的滞后误差，轴销剪切式称重传感器的
输出灵敏度应设计为
1.00mv/v，所以当轴销受载时，不会因椭圆变形在轴销中
引起较大的弯曲应力，这就增加了安全载荷和疲劳寿命。
（B）轴销的凹槽必须是应变计敏感栅宽度的
2倍。但是，如果凹槽过宽，
当轴销受载时
就会产生较大的弯曲应力而引起误差，同时也降低了安全载荷。参考文献[5]提
供了有关凹槽宽度的设计建议。
（C）轴销与支撑之间的间隙应尽量小一些，以减少弯曲变形。当轴销的直
径为
1.0英寸时，大间隙为
0.004英寸；当直径为
4.0英寸时，大间隙为
0.007英寸。如图
9中吊环式称重传感器的情况，要求吊环为轴销提供紧密的配
合。
（D）支撑应具有足够的刚度来抵抗弯曲变形，越刚硬越好。测试与校准轴
销时，应该与实际安装使用时是同一个支撑。
（E）在使用寿命内，如果轴销需要承受冲击载荷或许多循环载荷时，凹槽
就需要有足够大的半径。另外，如果轴销要在很冷的天气（
0°以下）工作并承受
冲击载荷时，就不要选用较脆的钢种如
17-4PH来制造轴销。
（F）与轮辐式称重传感器相似，大型轴销剪切式称重传感器（200000磅
或更高）会出现滞后误差。一个二百万磅的轴销剪切式称重传感器的滞后误差大
约是
1.0%到
3.0%，为了减小（并不是消除）这一误差，所有大型切应力称重
传感器都应该将输出灵敏度限制在
1.00mv/v之内。
（G）如果公式（
15）被应用于实心轴销剪切式称重传感器时，形状系数
a
是一个常数
4/3或是
1.33，这个公式假设大切应力均匀分布在轴销的中性轴
上。
（H）由四只称重传感器组装的承载器，每个称重传感器必须具有相同的输
出灵敏度。如果一只称重传感器的输出灵敏度是
3.0mv/v其它几只的输出灵敏
度也应该是
3.0mv/v。如果不具备这一特点，任何一个偏于承载器的载荷都会得
到不同的测量结果。一个轴销就是一台电子衡器，由两个称重传感器并联组成（每
个槽内有一只称重传感器），如果输出灵敏度不同，测量结果就会随着偏心载荷
的不同而变化。图
8中的中心通孔就是用来把外载荷集中于称重传感器中心而设
计的。
结语
本篇论文是基于对称重传感器设计者能有所帮助而写的，它提供了一些公式，
这些公式可用于计算称重传感器上的某个尺寸的大小，并提供所需要的其它计算
结果。它同样介绍了用于计算圆柱式结构称重传感器输出的公式（通常被用于航
空工业）。
本篇论文全面介绍了称重传感器的误差来源和设计建议。但是应该强调的是影响
称重传感器个样件输出的尺寸计算误差，应该在生产第二个样件前对这一尺
寸进行更正。
本篇论文中的电桥电路（图
1）并没有串入温度补偿电阻。例如应变计的灵敏系
数、绝大多数材料的弹性模量都随着温度的变化而变化，所以称重传感器的输出
灵敏度也随着变化，这个误差在商用称重传感器中通常是被补偿的。在商用称重
传感器中电桥串联了温度补偿电阻，当温度变化时，补偿电阻会进行补偿。如果
称重传感器串入了灵敏度温度补偿电阻，对于一个给定的输入电压，输出一定是
一个符合要求的标准值。考虑到补偿电阻将减少输出值，所以设计的电桥输出值
一定要比标准值高。表
2是本篇论文所介绍公式的结。轴销剪切式称重传感器
