測力傳感器通常將力轉(zhuǎn)換為正比于作用力大小的電信號,使用十分方便,因而在工程領(lǐng)域及其他各種場合應(yīng)用最為廣泛。測力傳感器種類繁多,依據(jù)不同的物理效應(yīng)和檢測原理可分為電阻應(yīng)變式、壓磁式、壓電式、振弦式力傳感器等。
應(yīng)變式力傳感器
在所有力傳感器中,應(yīng)變式力傳感器應(yīng)用最為廣泛。它能應(yīng)用于從極小到很大的動、靜態(tài)力的測量,且測量精度高,其使用量約占力傳感器總量的90%左右。
應(yīng)變式力傳感器的工作原理與應(yīng)變式壓力傳感器基本相同,它也是由彈性敏感元件和貼在其上的應(yīng)變片組成。應(yīng)變式力傳感器首先把被測力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應(yīng)變,再利用電阻應(yīng)變效應(yīng)測出應(yīng)變,從而間接地測出力的大小。彈性元件的結(jié)構(gòu)形式有柱形、筒形、環(huán)形、梁形、輪輻形、s形等。
應(yīng)變片的布置和接橋方式,對于提高傳感器的靈敏度和消除有害因素的影響有很大關(guān)系。根據(jù)電橋的加減特性和彈性元件的受力性質(zhì),在貼片位置許可的情況下,可貼4或8片應(yīng)變片,其位置應(yīng)是彈性元件應(yīng)變最大的地方。
柱形應(yīng)變式力傳感器
圖1給出了常見的柱形、筒形、梁形彈性元件及應(yīng)變片的貼片方式。圖1(a)為柱形彈性元件;圖1(b)為筒形彈性元件;圖1(c)為梁形彈性元件。
圖1 幾種彈性元件及應(yīng)變片貼片方式
柱形彈性元件通常都做成圓柱形和方柱形,用于測量較大的力。最大量程可達10MN。在載荷較小時(1——100kN),為便于粘貼應(yīng)變片和減小由于載荷偏心或側(cè)向分力引起的彎曲影響,同時為了提高靈敏度,多采用空心柱體。四個應(yīng)變片粘貼的位置和方向應(yīng)保證其中兩片感受縱向應(yīng)變,另外兩片感受橫向應(yīng)變(因為縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變是互為反向變化的),如圖1(a)所示。
當(dāng)被測力F沿柱體軸向作用在彈性體上時,其縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變分別為
式中,E為材料的彈性模量;S為柱體的截面積;μ為材料的泊松比。
在實際測量中,被測力不可能正好沿著柱體的軸線作用,而總是與軸線成一微小的角度或微小的偏心,這就使得彈性柱體除了受縱向力作用外,還受到橫向力和彎矩的作用,從而影響測量精度。
輪輻式力傳感器
簡單的柱式、筒式、梁式等彈性元件是根據(jù)正應(yīng)力與載荷成正比的關(guān)系來測量的,它們存在著一些不易克服的缺點。
為了進一步提高力傳感器性能和測量精度,要求力傳感器有抗偏心、抗側(cè)向力和抗過載能力。20世紀(jì)70年代開始已成功地研制出切應(yīng)力傳感器。圖2是較常用的輪輻式切應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2 輪輻式力傳感器
輪輻式力傳感器由輪圈、輪轱、輻條和應(yīng)變片組成。輻條成對且對稱地連接輪圈和輪轱,當(dāng)外力作用在輪轱上端面和輪轱下端面時,矩形輻條就產(chǎn)生平行四邊形變形,如圖2(b)所示,形成與外力成正比的切應(yīng)變。此切應(yīng)變能引起與中性軸成450方向的相互垂直的兩個正負(fù)正應(yīng)力,即由切應(yīng)力引起的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,通過測量拉應(yīng)力或壓應(yīng)力值就可知切應(yīng)力值的大小。
因此,在輪輻式傳感器中,把應(yīng)變片貼到與切應(yīng)力成45度的位置上,使它感受的仍是拉伸和壓縮應(yīng)變,但該應(yīng)變不是由彎距產(chǎn)生的,而主要是由剪切力產(chǎn)生的,此即這類傳感器的基本工作原理。這類傳感器最突出的優(yōu)點是抗過載能力強,能承受幾倍于額定量程的過載。此外,其抗偏心、抗側(cè)向力的能力也較強,精度在0.1%之內(nèi)。
-
傳感器
+關(guān)注
關(guān)注
2550文章
51039瀏覽量
753094 -
測力傳感器
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
59瀏覽量
11348
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論