加载和应变测量在工业和医疗保健

2016-09-27 08:34:46来源: eccn 关键字:加载  应变测量  工业  医疗保健
电子测力传感器有各种格式和尺寸可供选择,从小型个人应变计,以精密设计的称重传感器。理解所述操作原理和错误的可能的来源可以帮助选择和安装,以确保在应用范围从实验室试验和结构监测到散装称重,车辆安全,机器人技术和医疗设备的精确测量和长期可靠性

 

应变计:力测量的基本组成部分

 

应变计可以是金属丝蚀刻金属导体,布置成当经受拉伸或压缩,以表现出电阻的可测量的变化。当压力表牢固地附着的材料或结构,施加任何机械力的大小可以通过监测其电响应被感测。

 

应变计可以作为分立元件,并且可在各种适合的目的,如实验室用类型,设计的机械部件,或监测结构性能或安全性。测量仪和其时附着到样品取向的被监视的特性对测量精度产生严重的影响。

 

通用的刻蚀的金属箔应变仪的图像

图1:通用蚀刻金属​​箔应变计。

 

截止的,现成的离散应变仪可能包括金属箔,这是光蚀刻以创建一个合适定向应变敏感图案和安装在一​​聚酰亚胺或增强环氧树脂载体,如示于图1的类型金属合金对轨距的特性的显著影响。康铜,有时也被称为A-合金,提供特性,如高应变的灵敏度,以及高电阻率,允许小尺寸的传感器。通过也显示出电阻和稳定的机械性能的比较低的温度系数在较大范围内的应变水平和温度下进行,康铜通常为在通用计使用的优选的合金。康铜的另一个重要优点是,该合金可以加工实现自我温度补偿的(STC)的特定值,以匹配各种试验材料的热膨胀系数。

 

CEA系列康铜通用应变仪由微型测量(威世精密集团的一个部门)包括各种型号,如CEA-06-125UN-350,其中有06的STC号和350标称阻值?正常的静态工作温度范围对CEA系列计是-75℃至175℃,而对于需要更宽的温度范围内LWK系列的镍 - 铬,或K-合金的应用,衡量如LWK-06-W250B- 350可以操作从-195℃至260℃。

 

背衬材料和附件的类型也可用于仪表选择的重要标准。的聚酰亚胺或环氧树脂载体通常结合到使用环氧树脂粘合剂试验材料。在一些应用中,然而,因素如高工作温度或不利的环境或测试条件,以防止量规的粘合剂或夹持的固化可驱动工程师使用可焊接计。的微测定LWK-06-W250B-350是一种可焊接的轨距,其被供给预粘合到薄金属载体并与已经连接三根引线,允许直接连接到仪表电缆。测量仪可以被结合到由点焊一个清洁的金属测试样品。

 

轨距大小是一个给定的应用选择一个应变仪时要考虑的另一重要的参数。应变计自然趋向于施加在测量仪的整个长度上的力结合。因为工程师常常需要评估峰值应力由一个组成部分中的结构经历,施加过长的应变计的区域中的峰值应力集中在很小的区域可引起显著误差。另一方面,非常小的传感器可以是不太稳定的,并具有较低的最大允许伸长。

 

定位和连接

 

应变计像CEA-06-125UN-350和LWK-06-W250B-350被设计为最敏感的行动符合传感栅格的轴线的力。因此,传感器的取向,当连接到测试样品中,是非常关键的,并应与要被测量的力的方向相一致。如果方向是未知的,可以使用一个三方向莲座型表。

 

因为根据所施加的力的电阻变化是很小的,一个桥式测量电路通常用一个精密电压表,以保证精确的读数。在图2所示的简单桥接电路易受错误由该量规引线的电阻而引起的。这些可以以多种方式进行补偿。所述LWK系列规的三线连接可以减半当第三线被直接连接到所述电压表,取消两条信号线中的一个的作用这个错误。另一种方法是连接应变仪中的上和下桥臂,具有相反极性,从而以感测力方向相反。在该布置两组引线电阻的被取消,而系统的灵敏度加倍,从而允许更大的精确度。

 

基本的电桥电路图像监控应变计的输出

图2:用于监控应变计输出基本桥式电路。

 

与称重传感器设计

 

用测力称重传感器恰恰是包含配置为桥梁,以确保精确和可重复的测量多个应变计工程系统。应变片被结合到一个精密设计的结构元件,其可以从一个钢,铝或铜合金制成。精密的设计和加工确保幅度正比于施加载荷的可测量和可重复的偏斜,在整个规定范围。称重传感器可以被设计来测量弯曲,剪切,压缩或扭转力,并且可与多种的工作范围。

 

当选择一个称重传感器,工程师们要注意指定的安全负载限制,并考虑工作负载范围内。如果过大的过载被施加,所述力传感器可以永久损坏,并产生在随后的使用不可靠的结果。如果过载的重量预期,高容量的负载传感器,可能需要。同样,如果明显的冲击或动态加载预期,测力传感器的降级可能是必要的。

 

细心注意,也需要设计一个合适的装配系统,在考虑到该测力传感器是一个传感器,因此不应该被认为是固体支持物。应小心,以避免影响,如侧向力,偏心载荷或振动。如果一个以上的负载传感器被用于在一个系统中,特别小心,可能需要确保该载荷均匀分布,以避免从各个负载传感器的输出之间的不希望的差异。

 

测量系统,从吨到英镑

 

称重传感器可用于多种应用。一个例子是在装配到车辆,如卡车散装称重系统。 PM板载,其中,像微测量,也是威世精密集团的一个部门,生产一系列的散装称重系统,包括安全型系统和法律的贸易系统,使重量为散装物料在点充电装卸。所述BulkWeigh 1300系统的卡车称量17〜44吨有四个或更多的称重传感器,其能够监视各轴权重的,如图3,可以提供驾驶员在驾驶室内的警告过量或不平衡的负载。

 

称重传感器在工业车辆散装称重系统的图像

图3:在工业车辆散装称重系统使用称重传感器的。

 

在极端情况下,微型称重传感器,如测量专业FC22系列的另一端都可以用四个标准测量从0-10到0-100磅的范围,并相距34毫米两个径向安装孔。这些负载细胞是适于用在设备如机器人末端执行,以帮助在各种处理控制由机器人所施加的力或监测的任何的重量拾取的对象。小负载的细胞,如FC22,也可用于医疗器械如控制施加于注射器注入泵,以便控制剂量或流体传递线性力。

 

该FC22系列称重传感器采用MEMS应变仪,它通过压电效应感知应变建成。 MEAS传感器已采用其专有的微熔™技术,通过高温熔化的玻璃粘接应变计为不锈钢衬底。这消除有机环氧化物,其可以是年龄敏感,并有助于最大限度地提高稳定性延长工作寿命。这一技术也有助于确保高灵敏度,即使在低的菌株,以及优良的分辨率和高超范围能力,而不需要机械停止。的FC22的设计消除了与其他微型力传感器,如使用压力胶囊传感器相关联的疲劳机制。热补偿也是内置的,从而消除与温度相关的变化,零点和量程

 

结论

 

应变计和称重传感器各采取改变在导体或半导体的电特性的优点施加力时,以测量机负荷。所有的都必须设计,精心,确保满意的性能的精密仪器。为了达到所需的精度,可靠性和寿命是重要的,不仅选择最佳组成,但也照顾与定位,定向和固定,以及电气连接。与往常一样,更多的理解带来更好的结果。

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016092717432.html
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