轴销式测力传感器的设计原理

如何让轴销传感器测量效果更佳？

该篇文章全方位介绍了轴销传感器的原理及应用。

轴销传感器可以轻易替换U形叉或者枢轴中的销轴，轴销传感器不像其它类型的测力传感器，需要对机械结构作一些改变。轴销传感器典型用于绳索，锁链和刹车锚，滑轮，卸扣，轴承及枢轴等。

一般描述

轴销传感器的应变计装于轴销中心小孔内，两组应变片分别置于剪切面的外圆周内，在两组应变片间正是轴销传感器的测量区域。

环境保护

由于轴销传感器的电子测量部分被封装在传感器弹性体内，因为轴销传感器可以实现防水。轴销传感器采用特殊不锈钢材料，装配焊接或O型密封端盖，以及特殊信号电缆格兰头，可以保证轴销传感器在水下工作时的可靠性。

典型应用

下图反映了轴销传感器的典型安装方式。

轴销传感器锁定系统

无论对于固定死轴还是转动轴，都需要对轴销传感器进行良好装配固定，以确保获得高精度、高重复性测量结果。

标准的轴销传感器只定义一个测力方向，一个正确的施力角度才能确保产生一个零点输出。

轴销传感器电缆&连接头安排

轴销传感器出线方式有径向和轴向，轴销传感器的出线方式的空间要求。在轴销传感器的安装和使用过程中，要特别注意保护好电缆系统，以免造成损伤。也可以让轴销传感器电缆套上标准聚氨酯屏蔽电缆护管，这给电缆带来了良好的保护。

标准和定制轴销传感器尺寸

下图显示了2.5t至50t范围的轴销传感器标准尺寸。对于大多数应用，轴销传感器的尺寸并不可下表一模一样，那就需要根据具体情况进行定制，轴销传感器的定制设计是很普遍的情况，不会额外产生定制费用。

额定载荷

轴销传感器采用特殊高强度钢，以获得最大的量程范围。当然，在实际设计时，会在轴销传感器的输出信号与极限载荷间找一个折中平衡点。对于双剪切梁轴销传感器，下图显示了给定轴销传感器直径下的最佳量程。

如果一只轴销传感器要实现理想化设计，不受任何限制，那么可以获得如下图的尺寸与量程的最佳曲线，但是在实际应用中，由于不能改变现有结构，轴销传感器常常获得理想设计。

图中的高区域，可以获得2.5mV/V至3.5mV/V的信号输出，但是在安全系数上却做了妥协。

按照图形的低区域设计的轴销传感器，要么得到一个很小的输出信号，或者进行过度剪切加工，以获得更多的信号。鉴于此，在这个设计区域的轴销传感器，我们一般会根据用户的要求来设计。

安装注意

有很多因素会影响到轴销传感器的表现，大多数轴销传感器为了满足现有安装结构，在设计上会作出妥协，当一只轴销传感器被施与高载荷时，它无法像图形中显示的那样，获得最佳的表现。

坚固的轴销传感器设计可以最大限制地降低弯曲力的影响，如果轴销传感器在工作时受到弯曲力影响时，会降低整体精度。轴销传感器与轴孔的配合关系也会影响到整体表现，一般，H7或g6的配合关系是被推荐的。但是常常无法获得这样理想的装配关系，这在重复性和非线性表现上会有轻微损失，但是为了便于安装，这种妥协也是划算的。

承载压强和轴销传感器的整体比例常常也会在设计中进行考虑，我们竭力权衡各种因素，以设计出最佳的轴销传感器。如果在0-100%量程范围内，轴销传感器的几何形状，轴销传感器结构或加载条件没有任何改变，那么是可以获得一只表现优异的轴销传感器的。

标定

轴销传感器一般会在压力试验机下进行满载或半载标定，如果一个轴销传感器集成于卸扣中时，我们将对整个卸扣式轴销传感器进行拉力标定。

我们竭力模仿用户的现场条件进行标定，但大多时候，这种标定方法是不现实的。所以，一般是建议用户在现场做现场标定。

间接施加载荷

轴销传感器可以安装于滑轮中，用于监测施加于滑轮的合力。施加在钢丝绳上的载荷和包角决定了合力。下图钢丝绳张力与包角及滑轮承受载荷的关系曲线。

不同的施力的包角

包角的变化，或一些外部因素的改变，都可能导致轴销传感器的输出信号损失。比如，+/-8度的包角变化将带来1%的信号损失。

X/Y轴销传感器

对于角度变化的转动轴的应用，我们需要采用X/Y双轴向测力轴销传感器。这种轴销传感器输出两路独立的信号，如下图所示，这种传感器可以测量时同步计算出合力。通过X轴和Y轴信号的正负和大小，也可以算出合力的方向。

轴销传感器的角度变化和它相关连的机械安装也有关联，要获得最佳的测量效果，安装的优化就显得尤为重要了。