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力、力矩传感器检测原理

发布日期:2022-05-11 点击率:39


   测力、力矩传感器按其量程大小和测量精度不同而有很多规格品种,它们的主要差别是弹性元件的结构形式不同,以及应变片在弹性元件上粘贴的位置不同。常见的弹性元件有柱形、筒形、环形、梁式和轮辐式等。


    1、柱形或筒形弹性元件



    如图1所示,这种弹性元件结构简单,可承受较大的载荷,常用于测量较大力的拉(压)力传感器中,但其抗偏心载荷和测向力的能力差,制成的传感器高度大,应变片在柱形和筒形弹性元件上的粘贴位置及接桥方法如图1所示。这种接桥方法能减少偏心载荷引起的误差,且能增加传感器的输出灵敏度。


        (2)



    式中 P——作用于弹性元件上的载荷;

    E——圆筒材料的弹性模量;

    为简体内径)。

    2、梁式弹性元件



    (1)悬臂梁式弹性元件 它的特点是结构简单、容易加工、粘贴应变片方便、灵敏度较高,适用于测量小载荷的传感器中。

    图2所示为一截面悬臂梁弹性元件,在其同一截面正反两面粘贴应变片,组成差动工作形式的电桥输出。


    若梁的自由端有一被测力P,则应变片感受的应变为



        (4)



    式中L——应变计中心处距受力点距离;



    b——悬臂梁宽度;

    h——悬臂梁厚度;


    E——悬臂梁材料的弹性模量;

    K——应变计的灵敏系数。


    (2)两端固定梁 这种弹性元件的结构形状、参数以及应变片粘贴组成桥形式如图3所示。它的悬臂梁刚度大,抗侧向能力强。粘贴应变片感受应变与被测力P之间的关系为

    



图3 悬臂梁式测力传感器示意图



图5 梁式剪切型策测力感器示意图

    应变片一般粘贴在矩形截面梁中间盲孔的两侧,与梁的中性轴成    (6)



    式中 G为弹性元件的剪切模量;b和h为粘贴应变片处梁截面的宽度和高度。

    3、扭矩测量

    图6所示为电阻应变转矩传感器。它的弹性元件是一个与被测转矩的轴相连的转轴,转轴上贴有与轴线成的关系如下式:



    )为剪切弹性量; ,空心圆轴

图6 转矩传感器示意图


    由于检测对象是旋转运动的轴,因此应变片的电阻变化信号要通过集流装置引出才能进行测量,转矩传感器已将集流装置安装在内部,所以只需将传感器直接相联就能测量转轴的转矩,使用非常方便。  

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