引 言
載荷力傳感器是試驗技術和工業測量中使用最廣泛的一種傳感器，其中采用應變片式力傳感器占有主導地位，量程從幾克到幾百噸，本文中稱重傳感器即是其中應用較多的一種。
1 稱重傳感器測量傾角的方法
1.1 測試方式設計
1.1.1 稱重傳感器的傾斜方式
用機械加工中常用的分度頭來實現將力傳感器在某一垂直平麵內傾斜放置的方案（見圖1 主視圖）。應用該方案，既能夠實現力傳感器在某一垂直平麵內傾斜放置，又可以利用分度頭的精確轉動角度，保證力傳感器的傾斜角度準確。
1.1.2 稱重傳感器的加載方式
根據測量原理，應該給力傳感器施加一個已知重力。該已知重力是通過一個加載裝置實現的。加載裝置由一個連接軸和兩個加載環組成。實際應用中，將連接軸用兩個螺栓固定在力傳感器上，然後把兩個加載環分別裝在連接軸的兩端（圖1 左視圖），這樣就實現了對力傳感器施加一個已知重力。
1.1.3 檢測方法
實驗過程中，用分度頭的卡盤帶動力傳感器轉動後停留在某一傾斜角度，使用高精度的數字電壓表測量力傳感器的輸出電壓信號，作為計算力傳感器傾斜角度餘弦值的原始數據。
1.2 傾角測試實驗
在實驗過程中，分別對兩個稱重傳感器進行測試。每個稱重傳感器的測試步驟如下：
(1)先將稱重傳感器處於水平狀態（傾角α＝0°），記錄其輸出電壓。
(2)以9°為步長測量稱重傳感器從0°～ 90°傾斜時的輸出電壓。
(3)隻做傾角增加過程的實驗，不做傾角減小過程的實驗，避免由於分度頭傳動係統的間隙造成實驗誤差。
(4)將0°～ 90°傾角增加過程的實驗重複三遍。
稱重傳感器測量傾角測試結果見表1。
1.3 理論計算
當被測力與力傳感器的理想測力方向Z－ZΦ偏斜一個角度α時，被測力P 與力傳感器實際測得的值P1 存在關係: cosα 1 P = P 其測量誤差Δ P 為： (1 cos ) 1 ΔP = P − P = P − α由此可得測量傾角關係式:PPcosα = 1根據表1 的測試結果，運用測量傾角關係式P
Pcosα = 1 , P 為已知重力， 1 P 為稱重傳感器所測重力,可以分別得到1 號和2 號稱重傳感器測量傾角測試的計算結果（表2、表3）。cosα1 為傾角餘弦值的計算結果，α1 為傾角值的計算結果。
2 傾角測量誤差分布情況分析
2.1 測試結果的可靠性分析
從實驗結果來看，1 號稱重傳感器和2 號稱重傳感器測量傾角測試實驗的重複性都很好，說明測量傾角的實驗條件穩定，測試結果可靠。
2.2 測試結果的準確度分析
由計算結果來看，1 號稱重傳感器和2 號稱重傳感器測量傾角實驗的計算結果比較接近真實的傾角值α，但仍然存在一定的誤差。表2、3 中傾角測量計算值的情況，可以進一步整理得到1 號稱重傳感器和2 號稱重傳感器進行傾角測量時傾角計算結果的絕對誤差分布情況。
用稱重傳感器測量傾角的傾角計算結果存在一定誤差。但是，其誤差分布很有規律：αe－傾角測量及計算的誤差：αe=α1-α
（1）兩個稱重傳感器各自重複三遍的所有實驗結果的誤差分布情況基本一致。
（2）在傾角9°～ 90°變化範圍內，傾角為36°時，誤差值最小（約為0.08°），傾角為9°時，誤差值最大（約為0.6°）
（3）當傾角小於36°時，誤差均為負值；當傾角大於36°時，誤差均為正值。並且，傾角與36°的差值越大，其誤差的絕對值越大。
3 誤差補償方法
3.1 基本思路
由於用稱重傳感器測量傾角計算值的誤差分布非常有規律，采用誤差補償技術能夠收到很好的效果。本文采用的補償方法是對傾角測量得到的傾角計算值α1 進行補償，得到補償後的傾角值α2，並使α2 盡可能與真實傾角值α相等，整個過程即為:測量P1、求cosα1、求α1、補償、求α2。
3.2 補償函數的形式
本文對實驗誤差補償采用差值補償方式，根據有關差值補償的定義，對於本文中傾角計算值的差值補償，其誤差補償過程可以用下式描述：α2=α1-αc1 （1）式中，α1－稱重傳感器測量傾角的計算值；αc1－根據傾角計算值確定的誤差補償函數；α2－經過誤差補償後的傾角值。稱重傳感器測量傾角的計算值α1 與真實傾角α之間的關係為：α1=α+αe （2）則： α2=α+αe-αc1 （3）理想的補償效果是：α2=α因此補償函數的目標為： αc1=αe （4）采用一元高次多項式的回歸方法建立補償函數。在進行回歸分析之前，先對表4 中的誤差分布情況進行分析。可以看出，在傾角α為36°時，稱重傳感器測量傾角的推算值α1 誤差最小（誤差接近於零）。
為使回歸得到的補償函數達到更好的補償效果，可以把補償函數分為兩個區間：9°～36°、36°～ 90°，並分別在兩個區間上通過回歸建立相互獨立的補償函數。經過誤差補償的1 號稱重傳感器測量的傾角值最大相對誤差為0.0278％，最大絕對誤差為1.50；2 號稱重傳感器測量的傾角值最大相對誤差為0.0202％，最大絕對誤差為1.09。
4 結束語
從稱重傳感器進行傾角測量的研究工作，可以得到以下結論：
（1）用稱重傳感器實現傾角測量的實驗方案設計合理，實驗結果及計算結果與文中理論分析基本吻合，說明用力傳感器進行傾角測量在理論上是正確的。
（2）每個稱重傳感器測量傾角的實驗結果重複性很好，並且兩個稱重傳感器的推算結果及相對誤差的分布情況非常接近，說明實驗條件穩定，實驗結果可靠，並具有代表性。
（3）雖然兩個稱重傳感器測量傾角的實驗結果和計算結果存在一定的誤差，但其誤差分布的規律性很強，適合運用誤差補償技術對實驗結果和計算結果進行誤差補償。
（4）1 號稱重傳感器和2 號稱重傳感器傾角測量的誤差補償效果非常一致，說明這種誤差補償的方法具有代表性。
（5）經過誤差補償的兩個傳感器的傾角測量誤差減小約99%，它們的最大絕對誤差不超過1.50，最大相對誤差不大於0.0278%.，誤差補償效果非常好。
 

本文源於網絡轉載，如有侵權，請聯係刪除