電阻�(yīng)變式稱重傳感�,是一種將力信號轉(zhuǎn)換為電信號的機電元件,通過彈性體變形促使其表面電阻應(yīng)變片變形,從而改變其阻值,并由測量電路將其變化�(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),主要用于將外力變換為電信號。電阻應(yīng)變式稱重傳感�被廣泛應(yīng)用于電子��、自動控制和自動檢測等領(lǐng)�,是稱重和檢測系�(tǒng)的核心元器件�
電阻�(yīng)變式稱重傳感器,是通過把一種被測量(�(zhì)�)�(zhuǎn)換成另外一種被測量(輸出)來測量質(zhì)量的力傳感器,其工作原理是:彈性體(彈性元�,敏感梁)在外力作用下產(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)變片變形�,它的阻值將�(fā)生變化(增大或減?。俳?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�
電阻�(yīng)變式稱重傳感器作為質(zhì)量——重量轉(zhuǎn)換元�,主要由三部分組�,即電阻�(yīng)變片、彈性體和測量電��
1.電阻�(yīng)變片(傳感元件)
電阻�(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上,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ρ,這種材料的泊松系�(shù)是�。當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�
當它的兩端受F力作用時,將會伸�,也就是說產(chǎn)生變�。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�,電阻率也會有所改變,記作Δρ�
對式�2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長�,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�
Δr/r = -μΔL/L �2�5�
其中,負號表示伸長時,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)��
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值是一個無因次量,即它沒有量綱�
在材料力�(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變,記作ε,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μ�。這樣,式(2--6)常寫作:
ΔR/R = Kε (2�8)
電阻�(yīng)變片組成的電�
2.彈性體(敏感元件)
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)�(gòu)件。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��
�(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)�。主�(yīng)力方向一為拉神,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�。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式,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”情況,而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀�(tài)�
3.惠斯登電橋(測量電路�
測量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補償問題�,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�
惠斯登電橋原理圖
電阻�(yīng)變式稱重傳感器用于靜�(tài)、動�(tài)條件下測力或稱重,在我國工業(yè)生產(chǎn)過程檢測與控�、自動計量等�(lǐng)域已大量�(yīng)用。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是電子衡器的核心部�,其�(zhì)量好壞是影響電子衡器計量準確度的主要因素。在實際使用�,常受到原材料及制造工藝、安裝方�、使用條件及外部�(huán)境的影響�
1.零點輸出檢查
零點輸出,即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出�,所有的載荷(包括秤體、傳力件等靜載荷)都必須去掉的情況下,測試傳感器的輸出。傳感器零點�(yīng)該是在傳感器�(shè)計安裝使用要求的狀�(tài)下測試所得�,防止傳感器本身自重帶來的錯誤影�。傳感器�(yīng)該連接在穩(wěn)壓電源上,采用產(chǎn)品說明書或樣本中推薦使用的激勵電�。測試紀錄傳感器的毫伏電壓輸出�,除以傳感器的激勵電壓,就得出傳感器的零點輸出�(mV/V)。比較這個輸出值與傳感器的合格證上的數(shù)�(如果可能)或者與傳感器公司的樣本中相�(yīng)�(shù)�(jù),即可得出傳感器的零點輸出是否合格的�(jié)論�
分析:傳感器零位性的變化一般會因為傳感器的超載或受瞬間沖擊�(dǎo)致。而如果傳感器的零位周期性的變化可能是由于應(yīng)變計受潮或由于其他原�?qū)е碌膬?nèi)部變化所�,當然這種情況也可以檢測傳感器的絕緣阻抗和測試橋路電阻檢查出來�
2.測試絕緣阻抗
一般我們要求測試傳感器的引出線和傳感器本體(彈性體,外殼等)之間的阻抗。注�,將傳感器和接線盒以及儀表斷�。調(diào)試好絕緣測試�(�),然后將表筆一端接傳感器的電纜�(輸出,輸�,屏蔽線�),一端接傳感器的本體(彈性體,外殼等)。一般要�,該阻抗�5000MΩ�
注意:不得使用絕緣箱的表筆測試傳感器的輸入,輸出阻抗,因為絕緣箱的輸出電壓高于傳感器�(nèi)部電器元件的耐壓值�
分析:我們一般要求傳感器引出線與彈性體間的絕緣阻抗�5000MΩ。絕緣值偏低可能是由于傳感器橋路受潮或局部橋路受損。特別低的絕緣阻�(�1KΩ)可能是傳感器受潮嚴重而導(dǎo)致橋路與彈性體短接或內(nèi)部連線絕緣層擊穿受�。傳感器絕緣低的直接表現(xiàn)就是傳感器輸出不�(wěn)�,而且會隨�(huán)境條件的變化而變�,甚至受打印機的工作干擾�
3.測試橋路阻抗
測試橋路阻抗就是檢測傳感器橋路的完整�,檢測時,應(yīng)將傳感器同接線盒和其它測試設(shè)備斷�。輸入和輸出阻抗測試是用�(shù)字萬用表表筆依次在傳感器的輸入端頭和輸出端頭處量取阻抗�,對比測試值與�(chǎn)品的合格證的�(shù)�;橋路對稱度的確認是指用數(shù)字萬用表量取一個輸入端同一個輸出端間的阻抗,依次量取可以得�4組阻抗值,在完全對稱補�?shù)膫鞲衅髦?,該四組阻抗值的極差值不得大�1Ω(精度低的萬用表該值不得大�2Ω)�
分析:橋路阻抗的變化常常是由于橋路受損或斷開,電子元器件失效或內(nèi)部短路。這可能是由于大電流或電壓(雷擊或焊接電�)擊穿燒毀電橋,或者由于沖擊或震動疲勞�(dǎo)�,或者超高溫度等原因?qū)е�?/FONT>
4.測試傳感器輸�
將傳感器單獨接在�(wěn)壓電源上,使用激勵電�10�15VDC。將傳感器的輸出端接在毫伏表�(�?qū)⑷f用表打在直流毫伏�),依�(jù)傳感器的安裝使用狀�(tài),在傳感器的加載端上加載,觀測傳感器的輸出變��
分析:正常情形下,傳感器�(yīng)該有一個正向的輸出。如果傳感器的輸出異�,可能是由于傳感器接線錯誤或者傳感器�(yīng)變計與彈性體基體脫落、內(nèi)部斷路等�(dǎo)��
電阻�(yīng)變式稱重傳感器檢測步�
維庫電子�,電子知�,一查百��
已收錄詞�153979�