稱重�力傳感器普遍采用阻值為350Ω的各種金屬箔式應(yīng)變片,由此制成的各類電子衡器,在實際使用中具有綜合精度高、穩(wěn)定性好、顯示方便等特點�
電阻�(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下�(chǎn)生彈性變�,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變�,電阻應(yīng)變片[2]變形�,它的阻值將�(fā)生變化(增大或減小),再�(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化�(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程�
由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻�(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部�。下面就這三方面簡要論述�
一、電阻應(yīng)變片
電阻�(yīng)變片是把一根電阻絲�(jī)械的分布在一塊有�(jī)材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參�(shù)是靈敏系�(shù)K。我們來介紹一下它的意�� �(shè)有一個金屬電阻絲,其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作�,這種材料的泊松系�(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為R�
R = ρL/S(Ω) �2�1�
�(dāng)他的兩端受F力作用時,將會伸�,也就是說產(chǎn)生變彀設(shè)其伸長ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實驗證�,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作Δρ�
對式�2--1)求全微�,即求出電阻絲伸長后,他的電阻值改變了多少。我們有�
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 �2�2�
用式�2--1)去除式�2--2)得�
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L � ΔS/S �2�3�
另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所�
ΔS/S = 2Δr/r �2�4�
從材料力�(xué)我們知�
Δr/r = -μΔL/L �2�5�
其中,負(fù)號表示伸長時,半徑方向是縮小�。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2�4)(2�5)代入(2--3�,有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =�1 + 2μ(Δ�/ρ�/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L �2--6� 其中 K = 1 + 2μ +(Δ�/ρ�/(ΔL/L� (2--7) 式(2--6))說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的�(guān)系�
需要說明的是:靈敏度系�(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常�(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無�(guān),不同的材料的K值一般在1.7�3.6之間;其次K值是一個無因次�,即它沒有量��
在材料力�(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)�,記作�,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方�
常常把它的百萬分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫作:
ΔR/R = Kε (2�8)
二、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)�(gòu)�。它的功能有兩�,首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力�(chǎn)生反作用�,達(dá)到相對靜平衡;其�,它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū)�,使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的�(zhuǎn)換任�(wù)�
以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的�(yīng)力分布�
�(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂��
肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其�、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主�(yīng)力方向一為拉�,一為壓�,若把應(yīng)變片貼在這里,則�(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增�,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表�(dá)�,而不再推�(dǎo)� ε = �3Q�1+μ�/2Eb�*(B(H2-h2�+bh2�/ (B(H3-h3�+bh3� �2--9�
其中:Q--截面上的剪力;E--揚氏模量:μ—泊松系�(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸�
需要說明的�,上面分析的�(yīng)力狀�(tài)均是“局部”情�,而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀�(tài)� �、檢測電� 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)�?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)�,如可以抑制溫度變化的影�,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的�(bǔ)償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)��
因為全橋式等臂電橋的靈敏度,各臂參數(shù)一�,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋�
稱重測力傳感�實際上是一種將�(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝�。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作�(huán)�,這點對于正確選用傳感器至�(guān)重要,它�(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個衡器的可靠性和安全�。一般情況下,高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體�(nèi)�(yīng)力發(fā)生結(jié)�(gòu)變化等問�;粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影�;在腐蝕性較高的�(huán)境下會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象;電磁場對傳感器輸出會�(chǎn)生干�。相�(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對�(yīng)的測力稱重傳感器才能滿足必要的稱重要��
電阻�(yīng)變式測力稱重傳感器常常因用于各種電子衡器而被稱為稱重傳感器,而把用于測量實驗載荷或力的則稱為力傳感器,盡管這兩者的形式�(jié)�(gòu),制作工藝都相同,但是在使用場合,精度標(biāo)定及要求等方面還是有很多的具體區(qū)別。對于秤用傳感器的零點漂移,在長期穩(wěn)定性的性能方面一般不加表示的,但是在材料試驗�(jī)中用和測力稱重傳感器對其長期�(wěn)定性的性能必須加以注意�。當(dāng)使用電阻�(yīng)變式傳感器作為材料試驗機(jī)的基�(zhǔn)載荷�,通常取負(fù)荷傳感器的額定載荷的1/100作為材料試驗�(jī)的適用范圍。這時試驗�(jī)的指示精度能夠保證為1[[%]]�
維庫電子�,電子知識,一查百��
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