應變式KEYENCE壓力傳感器原理與結構
應變式KEYENCE壓力傳感器原理與結構
KEYENCE壓力傳感器的一種,在所有測力傳感器中,應變式測力傳感器應用最為廣泛。它能應用于從極小到很大的動(dòng)、靜態(tài)力的測量,且測量精度高,其使用量約占測力傳感器總量的90%左右。
KEYENCE壓力傳感器是由彈性敏感元件和貼在其上的應變片組成。應變式測力傳感器首先把被測力轉變成彈性元件的應變,再利用電阻應變效應測出應變,從而間接地測出力的大小。常見(jiàn)的彈性元件結構形式有柱式、筒式、環(huán)形、梁式、輪輻式、s形等。
KEYENCE壓力傳感器的布置和接橋方式,對于提高力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片應變片,其位置應是彈性元件應變最大的地方。
柱式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(shí)(1~100kN),為便于粘貼應變片和減小由于載荷偏心或側向分力引起的彎曲影響,同時(shí)為了提高靈敏度,多采用空心柱體。四個(gè)應變片粘貼的位置和方向應保證其中兩片感受縱向應變,另外兩片感受橫向應變(因為縱向應變與橫向應變是互為反向變化的),如上圖(a)所示。
當被測力F沿柱體軸向作用在彈性體上時(shí),其縱向應變和橫向應變分別為
在實(shí)際測量中,被測力不可能正好沿著(zhù)柱體的軸線(xiàn)作用,而總是與軸線(xiàn)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。
簡(jiǎn)單的柱式、筒式、梁式等彈性元件是根據正應力與載荷成正比的關(guān)系來(lái)測量的,它們存在著(zhù)一些不易克服的缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高測力傳感器性能和測量精度,要求測力傳感器有抗偏心、抗側向力和抗過(guò)載能力。20世紀70年代開(kāi)始已成功地研制出切應測力傳感器?! ?/p>
KEYENCE壓力傳感器由輪圈、輪轱、輻條和應變片組成。輻條成對且對稱(chēng)地連接輪圈和輪轱,當外力作用在輪轱上端面和輪轱下端面時(shí),矩形輻條就產(chǎn)生平行四邊形變形,KEYENCE壓力傳感器形成與外力成正比的切應變。此切應變能引起與中性軸成450方向的相互垂直的兩個(gè)正負正應力,即由切應力引起的拉應力和壓應力,通過(guò)測量拉應力或壓應力值就可知切應力值的大小。因此,在輪輻式傳感器中,把應變片貼到與切應力成450的位置上,使它感受的仍是拉伸和壓縮應變,但該應變不是由彎距產(chǎn)生的,而主要是由剪切力產(chǎn)生的,此即這類(lèi)傳感器的基本工作原理。這類(lèi)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是抗過(guò)載能力強,能承受幾倍于額定量程的過(guò)載。此外,其抗偏心、抗側向力的能力也較強,精度在0.1%之內。下圖是較常用的輪輻式切應測力傳感器的結構簡(jiǎn)圖。
KEYENCE壓力傳感器在工業(yè)設備上應用非常廣泛,正確合理選用測力傳感器既可以確保測量精度,又可以延長(cháng)測力傳感器的使用壽命。
一、根據實(shí)際壓力選擇合適的量程。如用氣缸、液壓缸、電動(dòng)缸驅動(dòng),大致計算出驅動(dòng)力的大小,以及可能產(chǎn)生的沖擊力。在精度范圍允許內,選大測力傳感器量程,避免測力傳感器過(guò)載損壞。
二、根據現場(chǎng)使用要求,選用的安裝方式。如需要配合工裝使用,可以選用拉壓型的測力傳感器,方便安裝工裝,也方便工裝置零。如需測拉力,也得選用拉壓式的測力傳感器。如只測壓力而且無(wú)需加裝工裝或壓頭,用純壓式的測力傳感器即可。
三、根據現場(chǎng)安裝空間大小選用合理的傳感器尺寸。如空間安裝狹小,可選用小尺寸的測力傳感器,如安裝空間沒(méi)有要求,可以選用尺寸較大的傳感器,以確保精度和測力傳感器的一致性。
四、根據測量誤差要求選擇合適的測力傳感器,如對測量誤差要求高,可選用精度高的傳感器,如S型的傳感器、輪輻式的傳感器也可以是梁式的稱(chēng)重傳感器,這三種傳感器精度高,重復性好、一致性也高。