快速称重传感器弹性体结构参数优化及试验研究

发布时间：2020-05-28 05:23

【摘要】：中国是水果生产大国,也是全球主要的柑橘生产区之一。为使柑橘的销售效益达到最大利益化,对柑橘进行重量分选是柑橘进入市场销售的一个重要环节;由于柑橘产量较大,提高柑橘的分选速度对柑橘的销售具有重要意义。农业上称重传感器被广泛用于水果农产品的重量分级,为了满足生产销售需求,提高称重传感器的响应速度来满足柑橘的快速重量分级具有重大意义。本文以柑橘重量分选机的重要部件称重传感器为研究对象,主要对称重传感器响应特性及称重传感器结构参数方面进行分析,并对优化后的称重传感器进行实验验证。1)根据传感器弹性体的受载情况,对传感器弹性体建立力学模型,,同时可以将该力学模型看成一个二阶系统并推导出其动态响应方程,根据动态响应方程可以看出传感器弹性体固有频率对响应方程的影响较大,提高弹性体的固有频率能够提高传感器的响应。2)传感器弹性体的固有频率和弹性体的结构参数有关,因此对传感器弹性体的结构参数进行优化并获得获得最佳的结构参数组合,使得该参数组合下的传感器弹性体的固有频率达到最大化。本论文使用建模软件Solidworks对传感器弹性体进行参数化建模,在Ansys Workbench中对传感器弹性体进行模态分析和静力结构分析,分析出弹性体的固有频率和四个应变片帖片区的最大应变值,然后在Ansys Workbench的优化设计模块下进行基于响应面法的目标优化分析。为了减小优化过程,在传感器弹性体的所有结构参数中通过灵敏度分析得出对目标函数影响较大的结构参数来进行优化,并从得出的三组优化数据中选出一组最佳的结构参数组合,发现新的结构参数组合下的传感器弹性体的固有频率提高了 2.47%。3)基于Labview设计了称重传感器响应测式平台,给称重传感器的受载端施加一个载荷,并通过该测试平台对称重传感器的响应进行数据采集测试,通过实验数据来比较优化前后的响应情况。再在四种不同分级速度的情况下,选用一个合适柑橘分别在四种不同分级速度下做七组测量试验,并通过数据采集软件测出不同分级速度下柑橘的重量值,分析所测出重量误差值,发现在提高分级速度情况下,优化后的传感器所测得重量误差值较优化前有明显的减小。
【图文】：

称重传感器,实物,惠斯登电桥

快速称重传感器弹性体的结构参数优化及试验研宄逡逑１逡逑图２．１惠斯登电桥逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｗｈｉｓｔｏｎ邋Ｂｒｉｄｇｅ逡逑在上图所示的差动式惠斯登电桥中，曷、晃、尽、及为应变电阻，Ｋ惠斯登逡逑电桥的激励电压，ｆ／Ｑ为惠斯登电桥的输出电压。根据以上分析，惠斯登电桥输逡逑出电压％的输出表达式为：逡逑Ｕ邋＝Ｕ邋（Ａ邋及４－及ｌＡ）逦（２１）逡逑°逦Ｕ＼Ｒｌ＾Ｒ２）｛Ｒ，＋Ｒ，）逦（邋？邋°逡逑由上式，当巧及３邋＝尽尽时，惠斯登电桥处于平衡状态，此时ｔ／0＝０；当称重传逡逑感器弹性体受载时，设电桥中Ａ、尽的阻值随称重传感器弹性体櫖隹微型变形而逡逑减小，足、Ａ的阻值随称重传感器弹性体发生微型变形而增加，，四个电阻的阻值逡逑变化量分别为△苹、Ａ；？２、Ａ；？３、Ａｉ？４，则称重传感器的输出￡７。可用以下式子表示：逡逑－＾（２２）逡逑。Ｘ邋Ｕ邋Ａ及及Ｊ逡逑电阻应变式称重传感器受载时

电阻应变片,敏感栅

Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｇａｕｇｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑阻应变式称重传感器弹性体受载时，弹性体就会发生微型形变，传递到敏感栅使得敏感栅的电阻丝的阻值发生变化。设敏感栅均横截面积为叉电阻率为ｐ，则其未受外力作用时，其阻值为ｉ？，Ｒ邋＝邋Ｐ＾金属丝受到力的作用时，金属丝就会受到变形，长度将伸长ａＺ，就会减少ＡＳ，电阻率则因金属内部的晶格发生所以引起金化，并对上式进行全微分，固有：逡逑Ａ．Ｓ邋Ａ邋ＯＴ＝Ｔ￣Ｙ＋￣７逦有金属导体的应变效应可用应变灵敏系数Ｋ来表示：逡逑尺＝（１邋＋邋２＂）邋＋N（Ｓ邋Ｐ逡逑
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S666;TP212

【参考文献】