谷物流量传感器敏感梁结构对测量精度的影响*

王一凡,汤建华,徐修祝

(1.常州纺织服装职业技术学院 机电学院,江苏 常州 213164；2.江苏大学 机械工程学院,江苏 镇江 212013)

0 引 言

基于双孔平行梁结构的力传感器具有良好的线性、滞后、重复性和抗偏载特性[1～3],在小量程的称重和测力领域应用广泛。近年来,随着精准农业与智能装备技术的发展,这类传感器在谷物测产以及经济作物测产等新领域也逐渐开辟了新的应用,通过检测谷物进仓时的冲量变化换算成单位面积的谷物产量,因此又称为冲量式谷物流量传感器。国外商业化的农机装备,如Micro Track公司、CASE IH公司和Ag Leader公司的联合收割机产量监测系统中的传感器均采用冲量式谷物流量传感器[4,5]。

冲量式谷物流量传感器测量的是一个动态的过程,因此要求传感器能够准确再现流量变化的过程。目前,国内外进行的相关研究主要集中在整体测量系统层面[6～9]。对传感器中弹性敏感元件结构的优化分析不多[10,11],还未见到对应变梁结构的优化设计研究。另外,在实际使用中这类传感器较多存在零点漂移的现象,Shoji K等人[12]研究了传感器的零漂补偿算法,使得测量的相对误差从补偿前的19 %,减小到补偿后的1.5 %,但没有分析零漂产生的原因。

本文主要对双孔平行梁式谷物流量传感器进行了动静态特性比较与分析,研究适合于动态冲击使用环境的传感器敏感梁结构,提高传感器在这种特殊应用环境下的测量精度和零点稳定性。

1 谷物流量传感器的设计与制作

双孔平行梁式传感器主要由双孔平行梁结构的弹性元件,粘贴在弹性元件上的应变片,以及由应变片及各种补偿电阻连接而成的惠斯顿电桥共同组成。……