作为一个专业开发和生产传感器的厂家，我公司在和客户的交流中得知传统桥式传感器比较笨重，携带不方便，同时在使用中大球容易脱落等等问题，为了克服这些缺点，公司从2007年开始就进行了十字形传感器的试制和试验，经过多年的研究和努力，在结构、生产、工艺等方面都取得了显著进步。

本文主要从传感器的结构，配件的结构，传感器的各种试验数据来说明十字形传感器的特性。

十字梁传感器主要由弹性体，底板，连接螺丝等构成，因其俯视图像个“十”字，因而得名为十字梁传感器，如图1所示。

正视图 俯视图

图1

一、灵敏度的计算

为了简化计算，十字梁传感器可看成由4组工字悬臂梁组成，如图2所示。

图2

工字截面剪切应力可用如拉夫斯基公示计算：

— 1 —

b I QSz y * = τ （1）

其中：

剪力

Q=P/4

*yS 剪切截面对中性轴的静矩

*yS 的计算

对图工字截面梁，可看成由三个矩形截面合成

对翼橼部分：

8 ) ( 4 ) 2 ( 2 2 1 *1 h H B h H h H B y A S y − = + − = = （2）

对腹板部分：

8 4 ) 2 ( 2 2 2 *2 bh h h b y A S y = = = （3）

将（2）（3）代入下列公式得到：

8 ) ( 2 2 2 *2 *1 * bh h H B S S S y y y + − = + = （4）

I_z剪切截面对中性轴的惯性矩

对图工字截面梁，可看成由三个矩形截面合成

对翼橼部分：

24 ) 2 ( 32 ) 2 ( 32 3 3 3 3 2 2 2 2 1 Bh BH h B H B d By I I H h y z z − = − = = = ∫ （5）

对腹板部分：

123 22 2 3 bh d by I hh y z ∫ − = = （6）

将（5）（6）代入下列公式得到：

12 3 3 3 3 2 1 bh Bh BH I I I I z z z z + − = + + = （7）

沿中性轴 45°方向产生的变化符合纯剪切状态，所以有：

将（4）（7）代入（1）得到

33 3 2 2 2 max )( ) ( 83 bh h H B bh h H B bP +− + − • = τ （8）

} 33 3 2 2 2 max 45 )( ) ( 83 12 bh h H B bh h H B bP o +− + − • = = = τ σ σ σ （9）

— 2 —

在剪切比例极限内，剪应力和剪应变服从剪切胡克定律：

Gmaxmaxτγ= （10）

)1(2μ+=EG （11）

}Go22maxmax4512τγεεε=== （15）

将（9）（14）代入（15）后得到

33322245)()(8)1(3bhhHBbhhHBEbPo+−+−•+=με （16）

传感器输出ibhhHBbhhHBEbPKUiKUSo××+−+−•+==1000)()(8)1(333322245με （17）

其中i为经验系数，针对十字梁传感器，i=0.85

以一30t十字梁为例，预留灵敏度温度补偿量，分别取B=36（mm，如无特别说明，以下长度单位都为mm）；b=10；H=44；h=28，将数据代入（17）得出S=2.25mV/V。