多向运动寄生载荷分量对称重传感输出的影响

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20231023

吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 1892-1905.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20231023

多向运动寄生载荷分量对称重传感输出的影响

郭贵勇^1,^2,^3,^4,⁵(),钟剑锋^1,²(),张秋坤^1,²,蔡宝杰^3,^4,⁵

^1.福州大学机械工程及自动化学院，福州 350108
^2.福州大学福建省太赫兹功能器件与智能传感重点实验室，福州 350108
^3.福建省计量科学研究院建设与交通计量研究所，福州 350003
^4.福建省力值计量测试重点实验室，福州 350100
^5.国家市场监管重点实验室（力值计量测试），福州 350100

收稿日期:2023-09-25 出版日期:2025-06-01 发布日期:2025-07-23
通讯作者: 钟剑锋 E-mail:13960922779@163.com;zhongjianfeng@fzu.edu.cn
作者简介:郭贵勇（1983-），男，高级工程师，博士.研究方向：力值与称重计量、精密仪器状态监测与智能诊断技术.E-mail：13960922779@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(52275096);国家自然科学基金项目(52275523);福厦泉国家自主创新示范区高端装备振噪检测与故障诊断协同创新平台项目;福建省科技重大专项项目(2022HZ024005)

Effect of parasitic load components with multi⁃directional motion on weight⁃sensing outputs

Gui-yong GUO^1,^2,^3,^4,⁵(),Jian-feng ZHONG^1,²(),Qiu-kun ZHANG^1,²,Bao-jie CAI^3,^4,⁵

^1.School of Mechanical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China
^2.Fujian Provincial Key Laboratory of Terahertz Functional Devices and Intelligent Sensing，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China
^3.Division of Construction and Transportation，Fujian Institute of Metrology，Fuzhou 350003，China
^4.Fujian Key Laboratory of Force Measurement，Fuzhou 350100，China
^5.Key Laboratory of Force Measurement for State Market Regulation，Fuzhou 350100，China

Received:2023-09-25 Online:2025-06-01 Published:2025-07-23
Contact: Jian-feng ZHONG E-mail:13960922779@163.com;zhongjianfeng@fzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

针对多向运动寄生载荷分量对称重传感输出影响很大的问题，提出了基于整体结构的变参数、多分量的输出影响评估方法，建立了“应变-总重-运动”瞬时特征的数学理论模型，并通过有限元仿真分析探讨了称重过程中常见的横向、纵向及绕轴旋转等运动特性，以及改变总重、旋转速度和角加速度等寄生载荷分量对输出的影响，通过实验测试验证理论模型及仿真分析规律的合理性。结果表明，横向运动寄生载荷分量对输出影响最小，最大偏差不大于0.001%FS（Full Scale）；其次为纵向运动，最大偏差不大于0.015%FS；而绕轴旋转的运动寄生载荷分量对输出影响最大，最大偏差可达0.5%FS，且随着总重、旋转速度的变化而变化，该规律为称重传感结构的动态称重应用提供了精度补偿技术支撑和科学评价依据。

关键词: 测试计量技术及仪器, 称重传感器, 称重传感结构, 多向运动, 旋转, 应变, 载荷

Abstract:

For the parasitic load component generated by multi-component superposition effect has a great influence on the weight-sensing output， a variable parameter and multi-component output effect assessment method based on the overall structure was proposed. Subsequently， a mathematical theoretical model of the instantaneous characteristics of "strain-total weight-motion" was established and analyzed by finite element simulation. In addition， exploring the characteristics of the multi-directional motions with transverse， longitudinal and rotating around an axis that are commonly seen in the weighing process， which include parasitic effects such as changing the total weight， rotating speed and angular acceleration， etc. Eventually， the reasonableness of the theoretical model and simulation analysis was verified through experimental tests. The results showed that the parasitic load component of transverse motion had the smallest influence on the output， and the maximum deviation was no more than 0.001%FS （ Full Scale）； followed by longitudinal motion， and the maximum deviation was no more than 0.015%FS； and the parasitic load component of themotion of rotating around an axis had the largest influence on the output， and the maximum deviation can be up to 0.5%FS， and it was changed with the differences of the total weight and the rotating speed， which provided a technical support and accuracy compensation technology for dynamic weighing application of the weight-sensing structure. This law provides the technical support of accuracy compensation and scientific evaluation basis for the dynamic weighing application of weight-sensing structure.

Key words: measurement technology and instrument, load cell, weight-sensing structure, multi-directional motion, rotation, strain, load

中图分类号:

TH715

郭贵勇,钟剑锋,张秋坤,蔡宝杰. 多向运动寄生载荷分量对称重传感输出的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 1892-1905.

Gui-yong GUO,Jian-feng ZHONG,Qiu-kun ZHANG,Bao-jie CAI. Effect of parasitic load components with multi⁃directional motion on weight⁃sensing outputs[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2025, 55(6): 1892-1905.

图/表 19

图1

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表1

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表2

表3

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参考文献 13

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参数	符号	数值/mm
称重传感结构弹性体总长度	L₁	176
T形垫块中心线与弹性体右端面距离	L₂	9
窄槽底部圆角中心长度	L₃	110
贴片区域长度	L₄	66.2
空心槽圆角中心长度（即两个应变截面距离）	L₅	25
贴片区空心槽宽度	L₆	30
左应变片贴片与弹性体左端面距离	L₇	75.5
Y向第一个连接件主体长度	L₈	143
弹性体总高度	H₁	125
窄槽底部圆角中心宽度	H₂	75
空心槽圆角中心宽度	H₃	81.7
弹性体总宽度	B	80
Y向第一个连接件主体宽度	B₁	69
Y向第一个连接件主体厚度	B₂	24
贴片区空心槽圆角半径	R	7.5
窄槽底部圆角半径	r	4

试验号	a转速/ （r·min^-1）	b角加速度/ （r·min^-2）	c总重/kg	S/ （mV·V^-1）
1	20	300	9.4	0.007 41
2	20	240	5.9	0.003 73
3	60	300	9.4	0.007 43
4	40	180	5.9	0.003 81
5	40	240	9.4	0.007 46
6	40	180	12.9	0.011 16
7	40	300	12.9	0.010 87
8	40	240	9.4	0.007 46
9	40	240	9.4	0.007 46
10	40	300	5.9	0.003 9
11	60	180	9.4	0.007 51
12	20	240	12.9	0.010 74
13	20	180	9.4	0.007 51
14	60	240	5.9	0.003 98
15	40	240	9.4	0.007 46
16	40	240	9.4	0.007 46
17	60	240	12.9	0.010 90

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值	显著性
	S/N=171.22		R²_adj=0.999 5		R²=0.999 8
模型	9.99E-05	9	1.11E-05	2 040	<0.000 1	***
a	2.31E-08	1	2.31E-08	4.2	0.078 2	*
b	1.81E-08	1	1.81E-08	3.3	0.111 3	*
c	9.98E-05	1	9.98E-05	18 340	<0.000 1	***
ab	1.00E-10	1	1.00E-10	0.018	0.896	*
ac	2.03E-09	1	2.03E-09	0.37	0.561	*
bc	3.61E-08	1	3.61E-08	6.64	0.036 7	**
a²	9.01E-09	1	9.01E-09	1.66	0.239 1	*
b²	1.11E-08	1	1.11E-08	2.03	0.196 9	*
c²	2.45E-08	1	2.45E-08	4.5	0.071 6	**
残差	3.81E-08	7	5.44E-09
失拟	3.81E-08	3	1.27E-08
误差	0	4	0
总和	9.99E-05	16

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多向运动寄生载荷分量对称重传感输出的影响

Effect of parasitic load components with multi⁃directional motion on weight⁃sensing outputs

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