应变式测力传感器设计
力传感器设计

力传感器设计一、引言随着科技的不断进步,传感器技术已经成为了现代社会不可或缺的一部分。
其中,力传感器作为传感器技术中的一种,在各个领域中都得到了广泛的应用。
本文将围绕力传感器设计展开讨论,明确自己的目标,阐述自己的看法,并展示自己的思考和判断能力。
二、力传感器设计概述力传感器是一种能够将力的物理量转换为电信号的装置,广泛应用于工业自动化、航空航天、交通运输、医疗保健等领域。
力传感器设计需要考虑传感器的灵敏度、线性范围、响应时间、稳定性、抗干扰能力等方面,以满足不同应用场景的需求。
三、力传感器的分类根据不同的工作原理和应用领域,力传感器可以分为以下几类:1.电阻应变式力传感器:利用应变片在受力时产生的电阻变化来测量力的大小。
具有测量精度高、响应速度快、稳定性好等优点,但成本较高。
2.电感式力传感器:利用线圈在受力时产生的电感变化来测量力的大小。
具有测量范围广、抗干扰能力强等优点,但精度相对较低。
3.电容式力传感器:利用两个平行板在受力时产生的电容变化来测量力的大小。
具有结构简单、稳定性好等优点,但测量范围较小。
4.压电式力传感器:利用压电材料在受力时产生的电荷变化来测量力的大小。
具有测量精度高、响应速度快、稳定性好等优点,但成本较高。
四、力传感器设计的目标1.提高测量精度:通过优化设计,提高传感器的灵敏度和线性范围,降低误差,提高测量精度。
2.优化响应速度:通过改进传感器结构和使用新材料,降低传感器的响应时间,提高实时性。
3.增强抗干扰能力:采用有效的抗干扰措施,提高传感器的稳定性和可靠性,避免外界干扰对测量结果的影响。
4.降低成本:通过简化生产工艺、降低材料成本等方式,降低传感器的制造成本,提高市场竞争力。
五、思考与判断在力传感器设计过程中,需要综合考虑各种因素,包括传感器的灵敏度、线性范围、响应时间、稳定性、抗干扰能力等。
同时,还需要根据应用场景的不同需求进行优化设计。
例如,在工业自动化领域中,需要选择具有高精度、高稳定性的传感器;在航空航天领域中,需要选择具有高抗干扰能力、快速响应的传感器。
应变式压力传感器的原理及应用

应变式压力传感器的原理及应用
一、应变式压力传感器的工作原理
应变式压力传感器是通过应变测量物体受力大小的一种传感器。
其工作原理是:在物体内部或表面放置应变片,当外部施加压力时,应变片就会发生形变并沿着其敏感方向产生感应电阻的变化。
传感器接收感应电阻的信号,并将其转化为电信号输出。
因此,当外界的压力改变时,应变感应电阻的值也随之改变,进而实现对压力变化的检测与测量。
二、应变式压力传感器在电子秤中的应用
电子秤是应变式压力传感器的主要应用领域之一。
在电子秤中,传感器被安装在秤盘下面,在物品放在秤盘上时,其所承受的重力会被传感器感知并转化为电信号,进而计算出物品的重量。
目前,市面上电子秤的类型繁多,其中最为流行的是称重范围较小(数百克至数千克)的电子秤。
这类秤采用应变式压力传感器作为其核心部件,具有灵敏度高、精度高、反应迅速的特点。
同时,由于应变式压应力传感器具有结构简单,易于维护等优点,因此在电子秤中的应用也较为广泛。
电阻应变式拉力传感器及转换电路设计

电阻应变式拉力传感器及转换电路设计1.电阻应变式拉力传感器的基本原理电阻应变式拉力传感器的基本原理是应变导致电阻值的变化。
当传感器受到拉力作用时,传感器的弹性元件会发生形变,导致电阻片的长度、宽度和厚度发生变化,进而引起电阻值的改变。
这种应变的大小与拉力呈正比,因此可以通过测量电阻值的变化来测量拉力的大小。
2.传感器转换电路的设计2.1热敏电阻桥式电路热敏电阻是传感器中常用的检测元件之一,其电阻值随温度的变化而变化。
可以通过设计桥式电路来实现对传感器输出电阻的测量。
桥式电路具有较高的灵敏度和稳定性。
2.2运算放大器非反接电桥式电路运算放大器非反接电桥式电路是常用的电阻应变式传感器的信号调理电路之一、该电路通过运算放大器的非反接输入,实现电桥的输入电阻的高增益放大。
2.3压敏电阻电桥式电路压敏电阻是传感器中常用的检测元件之一,其电阻值随压力的变化而变化。
可以通过设计压敏电阻电桥式电路来实现对传感器输出电阻的测量。
这种电路可以将压力转化为电压信号输出。
3.传感器的特性及优缺点(1)精度高:能够精确测量较小的力;(2)稳定性好:传感器具有较好的温度稳定性和线性性;(3)耐用性强:传感器使用材料坚固,能够经受较大的载荷;(4)可重复性好:传感器的测量结果能够重复。
然而,电阻应变式拉力传感器也存在一些缺点:(1)灵敏度受限:传感器的灵敏度受结构和材料的限制,无法测量极小的力;(2)需要复杂的电路:为了获得准确可靠的测量结果,传感器通常需要配备复杂的信号调理电路。
总结:电阻应变式拉力传感器是一种常用的测量力的传感器,其原理是通过应变导致电阻值的变化来测量力的大小。
转换电路可以根据传感器的特点选择不同的设计方案,如热敏电阻桥式电路、运算放大器非反接电桥式电路和压敏电阻电桥式电路等。
电阻应变式拉力传感器具有精度高、稳定性好、耐用性强和可重复性好等特点,但也存在灵敏度受限和需要复杂的电路等缺点。
应变式传感器实验报告

应变式传感器实验报告《应变式传感器实验报告》摘要:本实验旨在通过应变式传感器测量不同材料的应变变化,并分析其与外力的关系。
实验结果表明,应变式传感器具有良好的灵敏度和精度,可用于测量材料的应变变化,为工程应用提供了可靠的数据支持。
引言:应变式传感器是一种常用的传感器,可用于测量物体受力时的应变变化。
通过测量应变的变化,可以得到物体受力的情况,为工程设计和科学研究提供了重要的数据支持。
本实验通过使用应变式传感器,测量了不同材料在受力时的应变变化,并分析了应变与外力的关系。
实验方法:1. 准备实验材料:选取不同材料的样品,如金属、塑料、橡胶等。
2. 安装应变式传感器:将应变式传感器与数据采集系统连接,并将传感器安装在样品上。
3. 施加外力:在样品上施加不同大小的外力,记录应变式传感器的输出数据。
4. 数据分析:通过分析实验数据,得出不同材料的应变与外力的关系。
实验结果:通过实验数据的分析,我们得到了不同材料在受力时的应变变化曲线。
实验结果表明,不同材料的应变与外力的关系存在一定的差异,但总体上呈现出线性关系。
同时,应变式传感器的输出数据具有良好的稳定性和重复性,具有较高的测量精度。
讨论:应变式传感器在测量材料应变变化方面具有良好的性能,可以准确地反映材料受力时的应变情况。
通过本实验的结果,我们可以得出结论:应变式传感器可以用于测量不同材料的应变变化,并为工程应用提供可靠的数据支持。
结论:本实验通过测量不同材料在受力时的应变变化,验证了应变式传感器的性能优良,并得出了应变与外力的关系。
实验结果表明,应变式传感器可以用于测量材料的应变变化,为工程设计和科学研究提供了可靠的数据支持。
应变式传感器实验报告

应变式传感器实验报告引言应变式传感器是一种广泛应用于工程实践和科学研究中的传感器。
它能够测量材料受到的应变变化,并将其转换为电信号输出。
本实验报告旨在通过实验验证应变式传感器的特性及其在实际应用中的可靠性。
实验目的•掌握应变式传感器的基本原理和工作方式;•理解应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指标;•通过实验验证应变式传感器的性能,并分析实验结果;•探索应变式传感器在不同应变水平下的反应特性。
实验器材和仪器•应变式传感器•桥式电路•电源•数字示波器•电阻箱•电缆和连接线实验步骤1.将应变式传感器固定在实验台上,保证其与测量物体的贴合度。
2.根据实验要求连接相应的电路,使用电缆和连接线将传感器与电源、数字示波器等设备连接好。
3.打开电源,调节电阻箱的电阻值,改变应变式传感器的工作状态。
4.使用数字示波器记录传感器输出的电信号,并进行数据采集。
5.分析所采集的数据,计算应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指标。
6.将实验结果进行整理和总结。
实验结果与分析1.实验数据记录:应变水平传感器输出电信号0 0V100微应变0.5V200微应变0.8V300微应变 1.2V400微应变 1.5V500微应变 2.0V2.根据实验数据绘制应变水平与传感器输出电信号之间的关系曲线。
通过曲线观察可得到传感器的线性度。
3.计算应变式传感器的分辨率,即传感器输出电信号的最小变化量。
4.计算应变式传感器的灵敏度,即传感器单位应变水平对应的电信号变化量。
5.根据实验结果分析应变式传感器的性能特点和适用范围。
结论通过本实验,我们深入了解了应变式传感器的工作原理,掌握了其性能指标的计算方法,并验证了其在实际应用中的可靠性。
应变式传感器具有良好的线性度、较高的分辨率和灵敏度,可以广泛应用于材料力学、结构工程和自动化控制等领域。
参考文献[1] G. R. Liu, and S. X. Han. “Strain Sensing Using Fiber Bragg Grating Sensors.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 9(12), pp. 973-986, 2016.[2] T. D. Chung. “Electromechanical Impedance Sensors for Strain and Damage Detection.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 11(7), pp. 495-509, 2018.。
应变式传感器课程设计

应变式传感器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解应变式传感器的原理,掌握其组成结构及工作方式。
2. 学生能够描述应变式传感器在工程测量中的应用,了解其优缺点。
3. 学生掌握应变式传感器的数学模型及其转换关系。
技能目标:1. 学生能够独立完成应变式传感器的电路连接,进行简单的数据采集。
2. 学生能够运用所学知识,对实际测量中的数据进行初步处理和分析。
3. 学生能够运用应变式传感器设计简单的实际应用项目,提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标:1. 学生通过学习应变式传感器,培养对物理科学的兴趣和探究精神。
2. 学生在团队合作中,培养沟通协调能力和团队合作精神。
3. 学生了解传感器技术在现代社会中的重要作用,增强对科技创新的认识,提高社会责任感和使命感。
课程性质:本课程为高二年级物理选修课程,旨在通过实践操作,使学生掌握应变式传感器的基本原理和应用。
学生特点:高二年级学生已具备一定的物理基础和实验操作能力,对传感器技术有一定了解,但对实际应用尚缺乏经验。
教学要求:结合学生特点,课程设计注重理论与实践相结合,提高学生的动手操作能力和问题解决能力。
通过具体的学习成果分解,使学生在课程结束后能够达到上述课程目标。
后续教学设计和评估将以此为基础,确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 应变式传感器原理及结构- 介绍应变式传感器的工作原理- 分析应变片的结构和材料- 讲解应变式传感器的电路连接方式2. 应变式传感器的数学模型- 探讨应变式传感器的转换关系- 引导学生建立应变式传感器的数学模型- 实例分析应变式传感器的数学模型应用3. 应变式传感器的应用- 介绍应变式传感器在工程测量中的应用领域- 分析应变式传感器的优缺点- 案例展示应变式传感器在实际项目中的应用4. 实践操作与数据处理- 安排学生进行应变式传感器的电路连接及数据采集- 指导学生进行实验数据的初步处理和分析- 引导学生针对实际问题,运用应变式传感器进行解决方案的设计5. 教学进度安排- 原理及结构:2课时- 数学模型:2课时- 应用:2课时- 实践操作与数据处理:4课时教材章节关联:- 第二章 传感器原理- 第三章 传感器数学模型- 第四章 传感器应用- 附录 实验操作指导教学内容根据课程目标进行选择和组织,注重科学性和系统性。
提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法

提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法电阻应变式测力传感器作为一种高精度、高灵敏度的传感器,广泛应用于工业生产、科学研究以及医疗领域。
提高传感器的灵敏度是优化传感器性能的重要方面之一以下是提高电阻应变式测力传感器灵敏度的一些设计方法:1.优化应变片结构:应变片是电阻应变式测力传感器的核心部件,对传感器的灵敏度有决定性影响。
优化应变片的结构,例如增加应变片的长度、宽度或厚度,采用异形或非均匀形状的应变片,可以提高传感器的灵敏度。
2.使用高灵敏度的材料:选用高灵敏度的材料制作应变片,如采用高强度、高弹性系数的材料,可以提高应变片的灵敏度。
3.优化应变片布局:合理布置应变片的位置和数量,使其受力均匀、对称,减小非轴向力对传感器的影响,提高灵敏度。
4.优化电桥电路设计:采用恰当的电桥电路设计,如使用全桥、半桥或串联电桥等不同的电桥形式,选择合适的电阻值,可以提高传感器的灵敏度。
5.提高初始电阻值:传感器的初始电阻值越高,对应变量的变化响应越敏感。
通过增加应变片的厚度、增加电阻片的数量或调整电阻片的尺寸,可以提高传感器的初始电阻值。
6.降低噪声和干扰:对电阻应变式测力传感器的电路进行屏蔽,减少干扰源对信号的影响,采用抗干扰算法或滤波技术来降低噪声对灵敏度的影响。
7.使用温度补偿技术:温度变化对电阻应变式测力传感器的灵敏度有较大影响。
采用温度传感器测量环境温度,并进行温度补偿,可以提高传感器的灵敏度。
综上所述,通过优化应变片结构、使用高灵敏度材料、优化应变片布局、优化电桥电路设计、提高初始电阻值、降低噪声和干扰以及使用温度补偿技术等方法,可以提高电阻应变式测力传感器的灵敏度,进而提高其精度和可靠性。
在实际设计和应用中,可以根据具体要求和实际情况选择合适的方法组合来达到最佳效果。
应变传感器实验指导书(2013版)

4R 。 R
2R ; 用四个应变片组成二个差动对工作, 且 R1= R2= R3= R4=R, R
R ;当二个应变片组成差 R
(3)称重原理 本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器,灵敏度高,性能稳定,四个特性相 同的应变片贴在如图 1 所示位置,弹性体的结构决定了 R1 和 R3、R2 和 R4 的受力方向分 别相同,因此将它们串接就形成差动电桥。 (弹性体中间上下两片为温度补偿片) 当弹性体受力时,根据电桥的加减特性其输出电压为:
金属箔式应变计实验 1 实验目的
(1)了解箔式应变片的结构及粘贴方式 (2)掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法 (3)掌握使用应变片设计电子秤的原理 (4)掌握应变片的温补原理和方法
2 实验原理
(1)应变片测量原理 应变片是最常用的测力传感元件。 当用应变片测试时, 应变片要牢固地粘贴在测试体表 面,测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化。通过 测量电路,即可将电阻变化转换成电信号输出。 (2)应变电桥原理 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种, 当电桥平衡时, 桥路对臂电阻乘积相等, 电桥输出为零,在桥臂四个电阻 R1、R2、R3、R4 中,电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、 △R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ,当使用一个应变片时, R 动状态工作, 则有 R 则有 R
图 1 双孔悬臂梁称重传感器 (4)温补原理 当应变片所处环境温度发生变化时,由于其敏感栅本身的温度系数,自身的标称电阻值 发生变化,而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同,也会引起附加形变,产 生附加电阻。 为避免温度变化时引入的测量误差,在实用的测试电路中要进行温度补偿。本实验中采 用的是电桥补偿法,如图 2 所示。
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1前言1.1研究课题背景及意义应变式测力传感器早已在众多测控领域中得到了广泛的应用,尤其在测量重量方面,其技术已非常成熟。
所以,国内外众多科技人员努力争取更大的突破。
得到更优良的弹性体结构,非常合适的弹性体材料,合乎测量要求的应变片,完善的测量电路及补偿电路是需要努力的。
当然,非常好的外观质量也是一大竞争力。
现已有的应变式测力传感器大致有这么几种:桥式、剪切梁式、单点式、柱式、轮辐式、板式、平行梁式、S型。
它们主要用于称重领域。
国外企业在以下几个方面进行了许多研究和实验工作,如结构设计、制造工艺、电路补偿及调整、稳定性方面。
并取得了一定的进展。
这些进展主要包括在设计和计算过程中引入了先进的分析方法,如用计算机拟实技术进行动态仿真和动力学分析及工艺设计过程里运用虚拟技术,对生产工艺进行仿真检验。
在弹性体加工方面,使用先进制造技术,将刚性制造转为柔性制造,加工中心、柔性制造系统和柔性制造单元得到普遍采用。
在生产过程中尽量采用半自动和自动控制、自动检验程序和计算机网络技术。
改进了工艺装备也是主要成就之一。
最终提高了应变式测力传感器的稳定性和可靠性。
转子在高速运转过程中,由于种种原因,诸如转子的偏心问题,会产生不容忽视的径向力,使转轴的径向误差加大。
在自动控制系统中,便需要得到径向力这个信号,然后对执行机构才能进行控制。
要得到理想的控制刚度,不仅需要控制系统的稳定可行,测试系统的重要性同样不可忽视。
所以,传感器性能的好坏和选取的是否恰当是个非常关键的问题。
在现有的径向力测量中,人们并不是直接去测径向力的值,而是将其转化为其它量,比如位移量。
然后使用位移传感器进行测量,控制径向位移量便使得径向力引起的问题得到解决。
在高速运转的系统中,如磁悬浮系统,人们便广泛采用这样一些位移传感器:电容式传感器、电涡流式传感器、电感式传感器。
并都取得了不错的测量控制效果。
但是,还不能忽视他们的缺点。
电容式传感器,其电容小,容易受到外界诸多因素的影响,在高速旋转的转子系统中其可靠性大大降低。
电涡流式传感器相对来讲比较合适,但是当附近存在高频磁场和工作的高频开关器件,它的可靠性也将变得不理想。
电感式传感器由于自身的频率响应特性不适合于快速动态测量。
其实在转子系统中,转子肯定要有轴承支承。
前面所讲都是将传感器作为一个附属测量器件,纯粹起测量作用。
考虑轴承的刚度问题和受力问题,一个新的测量方向便产生了,何不设计一个既能其支撑作用,就像轴承一样,又起测量作用个,就像传感器一样。
如果要同时具有这两种作用,那么前面所说的电容式传感器、电涡流式传感器及电感式传感器将不再适用。
因为它们和支承这个概念相差太远,也可以说,在开始的设计目的里就压根不存在。
那么在前面的系统里除掉这些不适用的传感器,就会只剩下控制系统、轴承及轴承座。
很明显,这肯定完不成测控的任务。
因为没有测量信号。
但是,肯定不许加入传统的传感器产品。
不然就违背了这次的设计目的。
那只好在轴承或轴承座上做些文章了。
测力轴承这一概念也早已有了,国内也有针对性的一些研究。
如浙江工学院浙西分校郑家锦写的测力轴承的原理和应用、浙江大学郭明等人编写的测力轴承的研究、湖南大学郭力写出的智能测力轴承的基本原理及应用。
测力轴承的基本原理就是将普通的轴承进行结构上一定的改造,粘贴上应变片,接到后续测量电路中去,完成在线测控。
后来经过研究,陶瓷球轴承用来做测力轴承功能上比较理想,它属于一种低温升、刚度高、转速高、寿命长的一类高速轴承。
但是成本高,影响应变的因素比较多,测量复杂。
武汉理工大学王晓光等写过一篇名为力控制磁悬浮硬盘驱动器的研究,在这篇文章里提到了一种新结构,即十字梁结构。
这种结构在机器人腕力传感器中比较常用。
中国科学技术大学干方建等人也写过关于这种结构的文章,如一种应变式多维力传感器的优化设计、一种应变式六维力传感器的动态设计。
在文中,作者进行了深入的分析研究。
将这种结构运用到轴承座中便是此次设计的切入点。
1.2设计任务及要求这次的设计任务是基于实验室转子试验台设计出可以测量径向力的应变式测力传感器。
设计工作主要包括传感器弹性体的设计、应变片的选择、粘贴方法、电桥的设计、后续测量电路的设计及测试系统误差分析。
最大径向力为11.7N,测量转速6000r/min,测量误差小于1%。
要能测量被测信号的二次谐波。
1.3设计内容应变式测力传感器主要由两大部分组成,一是机械部分,二是电子电路部分,即信号处理电路。
机械部分由弹性体和应变片组成。
其基本工作原理就是弹性体发生弹性变形,由应变片将应变量以电阻变化量的形式输出。
测量电路可识别的信号一般为电压或电流量。
由于设计的是应变式测力传感器,一般为电压输出。
在这里采用惠斯通电桥,这种输出形式可以放大人们想得到输出信号,提高灵敏度。
合适的布片位置可以消除一些因素的影响,如弯矩、横力、温度等因素。
测量电路考虑使用集成运放元件,因为它的综合性能比分立放大元件优良并且设计简便。
机械结构设计部分动态性能分析由有限元分析软件辅助进行,电路仿真由EWB实现。
对应变式测力传感器的设计主要围绕以下几个方面:弹性体材料的选择、弹性体的结构设计、弹性体的加工工艺、应变片的选择、粘结剂的选择、应变片的粘贴、测量电路的设计。
1.3.1 设计内容详述弹性体的变形与载荷的关系应该是线性的,或者说线性度非常高,并且每次的载荷变形曲线重复性要好,材料的弹性滞后和蠕变应该比较小才好。
作为弹性体材料应该还要具有高强度,高的弹性极限,高的冲击韧性,低并且稳定的弹性模量温度系数,热处理后应该要具有均匀的稳定组织,从而具有各向同性,弹性体的灵敏度便比较稳定。
抗氧化、抗腐蚀也要考虑在内,这也关系到传感器工作的稳定性和可靠性。
高弹性合金及恒弹性合金是常用的弹性合金。
其中铜基合金较早开始使用,但它不能耐高温,耐腐蚀,所以后来逐渐被取代。
高弹性合金的弹性模量受温度影响比较大,从而会产生较大的温度误差。
于是,恒弹性合金作为弹性元件材料比较理想,在一定的温度范围中,它的弹性模量温度系数比较小。
其实弹性体的材料不可能同时满足所有的要求,只能具体情况下综合测量因素进行考虑选择。
目前国内常用的弹性体材料是合金结构钢,像40Cr。
在测量精度要求不高的地方也有使用45钢的。
弹性体的结构设计也要根据测量条件进行,确定载荷的分布形式,仔细分析,确定可以得到合适灵敏度,合适刚度,合适动态特性的结构。
关键是在确定了弹性体的材料、结构之后怎么制造出来合乎使用要求的实物。
对弹性体材料进行必要的热处理可以得到比较理想的弹性体,像40Cr具有良好的淬透性,可以得到良好的机械性能。
为得到具有长久稳定性和高精度的传感器,消除机加工和热处理产生的残余内应力也很重要。
主要有以下几种方法可以消除弹性体的残余内应力:时效、退火、反复加载、和机械振动、冷处理。
时效包括长期自然时效和人工时效。
退火温度高于回火温度,有较长的保温时间,会得到比较好的效果。
在应变式传感器贴片后进行加载,可以完善传感器的特性。
应变片也称电阻应变计。
应变片一般由敏感栅、引线和基底组成。
应变片分为金属应变片和半导体应变片。
金属应变片又分为体型和薄膜型。
体型进一步分为丝式和箔式。
应变片主要有以下优点:电阻变化率R/R和应变量有很好的线性关系,即非线性占得比重非常小,有很小的几何尺寸,有很大的测量范围,动态响应特性也很好,非常小的测量误差,可以将测量信号相加或抵消,测量范围广,可以在恶劣的环境下工作使用,有好的稳定性和可靠性,成本低。
当然也具有一些缺点:在测量大的应变量时会有明显的非线性误差影响,不能如实反映应力场得分布状况。
半导体应变片和前面提及的常规应变片相比,具有相当高的灵敏度,但稳定性不如前者。
应变片需要有粘结剂才能固定在弹性体上。
就是说应变片并不是直接和弹性体相接触的,两者中间还有一层胶层。
应变传递顺序应该是先弹性体到胶层,最后到应变片。
所以说粘结剂非常重要,因为它关系到应变能否正确地传递到应变片上去。
粘结剂分为天然的和人工合成的两类。
合成的又分为有机的和无机的。
有机粘结剂最为常用。
应变片的粘贴也是有一定要求的,它一般主要包括以下几步:试件表面清理、粘贴应变片、固化、安装连接线、质量检查、设保护层。
表面清理是为了牢固地黏住应变片。
它需要除去表面的油污、锈层,再用砂布打磨,达到一定的光洁度,还要在表面上划出定向标记,方便粘贴。
清理完后并不需要立刻粘贴,要涂上一层凡士林作保护,粘贴时再去除,对表面进行最后的清洗。
当应变片粘贴在弹性体上后,在固化前要进行初步的质量检查,即用万用表检查是否出现短路及断路问题。
没有问题后再进行固化。
固化后再检测胶层的绝缘电阻,绝缘电阻的变化会导致电桥的输出产生一定的误差,绝缘电阻高了为好。
应变片暴露在空气中会因吸水而破坏,所以需要进行应变片的保护。
环氧树脂制成的基底有很好的耐湿性能。
在应变片上涂上中性凡士林,也是一种保护措施,有效期为几天。
在上述步骤之后,便要将应变片接到测量电路里,电桥输出电压信号,此信号非常微弱,要进行放大,并且其频率太低,不易测量,所以还需要调制,最终电桥输出为调幅波,然后经放大电路放大,再由相敏检波电路、低通滤波电路输出测量信号。
2 弹性体设计2.1 弹性体结构形式的确定弹性体结构形式的选择要依据测量的各种条件进行。
在这次设计中,要要测量转子的转速为6000r/min,转盘上离转轴中心为33mm 处有3个0.3g 的偏心块。
根据径向力公式2ωmR F r = (1) 可以得到转子在6000r/min 时,可以达到的最大径向力m ax r F 为=⨯⨯⨯=2max 6000333.03r F 11.7(N) (2) 径向力大约也以转速6000r/min 的速度在圆周方向上变化,直接测量出径向力的大小非常困难。
由于力是矢量,便具有这样一个优点,它可以被分解或合成。
因此当合力难以测量时,可以测量其分力,然后根据他们之间的关系再合成在一起,便达到了测量的目的。
所以将径向力分解为X 、Y 两个方向的分力,由传感器测量电路两个通道分别输出。
这样便将复杂交变的合力转变为单方向变化的力。
宏观上看,测量单个分力就如同测量拉力和压力。
问题从理论上看便迎刃而解了。
这次设计的应变式测力传感器不仅要能测量,还要起到支撑的作用。
所以想用传统的拉压力测量传感器不能满足要求,不能实时的连续监测径向力的大小。
在前言中已提到十字梁式的结构,这种结构是比较理想的。
图1 初步设计的十字梁结构十字梁结构就可以实现二维力的测量,相对的两个梁,它的受力状态正好相反,即一个梁受拉力作用时,另一个梁受压力作用,基于这种特点,利用电桥的和差特性就可以提高电桥的应变输出水平。
图1所示的具体结构,如一段梁有两种结构形式,圆形截面和方形截面,圆形横截面积大于方形横截面积,圆形截面积用来提高支承刚度,方形截面积便于粘贴应变片,并且变形量变大。