稱重�(cè)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�(shí)際使用中具有綜合精度�、穩(wěn)定性好、顯示方便等特點(diǎn)�
電阻�(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一�(gè)原理: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)生變形,電阻�(yīng)變片[2]變形�,它的阻值將�(fā)生變化(增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化�(zhuǎn)換為電信�(hào)(電壓或電流�,從而完成了將外力變換為電信�(hào)的過��
由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢�(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾�(gè)主要部分。下面就這三方面�(jiǎn)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�(gè)重要參數(shù)是靈敏系�(shù)K。我們來介紹一下它的意�� �(shè)有一�(gè)金屬電阻絲,其長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面是半徑為r的圓�,其面積記作S,其電阻率記作�,這種材料的泊松系�(shù)是�。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí),它的電阻值為R�
R = ρL/S(Ω) �2�1�
�(dāng)他的兩端受F力作用時(shí),將�(huì)伸長(zhǎng),也就是說產(chǎn)生變�。設(shè)其伸�(zhǎng)ΔL,其橫截面積則縮�,即它的截面圓半徑減少Δr。此�,還可用�(shí)�(yàn)證明,此金屬電阻絲在變形�,電阻率也會(huì)有所改變,記作Δ��
�(duì)式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長(zhǎng)�,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)�(hào)表示伸長(zhǎng)�(shí),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�(duì)變化)和電阻絲伸�(zhǎng)率(�(zhǎng)度相�(duì)變化)之間的�(guān)��
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�(gè)常數(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�(gè)無因次量,即它沒有量��
在材料力�(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)�,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με。這樣,式(2--6)常寫作:
ΔR/R = Kε (2�8)
�、彈性體
彈性體是一�(gè)有特殊形狀的結(jié)�(gòu)件。它的功能有兩�(gè),首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對(duì)外力�(chǎn)生反作用�,達(dá)到相�(duì)靜平�;其次,它要�(chǎn)生一�(gè)高品�(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)(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�(hào)的轉(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(zhǎng)方體懸臂��
肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)�,但其上、下部分將會(huì)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�。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表�(dá)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--�(yáng)氏模量:μ—泊松系�(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸�
需要說明的是,上面分析的應(yīng)力狀�(tài)均是“局部”情�,而應(yīng)變片�(shí)際感受的是“平均”狀�(tài)� �、檢�(cè)電路 檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)�?yōu)殡妷狠敵觥R�(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)�(diǎn),如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制�(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)��
�?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度,各臂參�(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�(cè)力傳感器�(shí)際上是一種將�(zhì)量信�(hào)�(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信�(hào)輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的�(shí)際工作環(huán)�,這點(diǎn)�(duì)于正確選用傳感器至關(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�(gè)衡器的可靠性和安全性。一般情況下,高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料融化、焊�(diǎn)開化、彈性體�(nèi)�(yīng)力發(fā)生結(jié)�(gòu)變化等問�;粉�、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影�;在腐蝕性較高的�(huán)境下�(huì)造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象;電磁�(chǎng)�(duì)傳感器輸出會(huì)�(chǎn)生干�。相�(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)�(yīng)的測(cè)力稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求�
電阻�(yīng)變式�(cè)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�,而把用于�(cè)量實(shí)�(yàn)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�(chǎng)�,精度標(biāo)定及要求等方面還是有很多的具體區(qū)�。對(duì)于秤用傳感器的零�(diǎn)漂移,在�(zhǎng)期穩(wěn)定性的性能方面一般不加表示的,但是在材料試驗(yàn)�(jī)中用和測(cè)力稱重傳感器�(duì)其長(zhǎng)期穩(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�(yàn)�(jī)的基�(zhǔn)載荷�(shí),通常取負(fù)荷傳感器的額定載荷的1/100作為材料試驗(yàn)�(jī)的適用范�。這時(shí)試驗(yàn)�(jī)的指示精度能夠保證為1[[%]]�