測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點

HBK測試與測量

瀏覽：3511 評論：3 收藏：4

使用力傳感器測量力可確保最大的測量精度。然而在分力測量時，需要采用與應用精確匹配的特殊傳感器。今天我們將介紹進行分力測量的三種方法。

對于應變力傳感器來說，即使在現場安裝后，也可以很容易地再現校準過程中確定的特性曲線，即施加的力和輸出信號比。力傳感器必須安裝在力傳遞流中，并且沒有任何分力，這是先決條件。并且必須確保完整的力傳遞流通過傳感器進行測量。這意味著力傳感器的特性，例如硬度和動態性能，這將影響整體設計。另外，大量程的傳感器具有更大的結構。

力測量可以通過結構的變形來進行測量，可以采用以下三種方法：

安裝應變片
利用應變傳感器，其有時候內置了電路
利用力墊圈，其基于應變或壓電技術

這些方法的劣勢和優勢總結如下：

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖1

1. 采用應變片測量

安裝應變片實際上對被測物體的結構沒有任何影響。結構的硬度和動態特性將會保持不變。在對花絲結構測試時，應變片具有非常明顯的優勢，因為其變形時，只需要非常小的力。安裝時需要使用全橋應變片，并且需要選擇能夠補償寄生負載（例如，彎矩或扭矩）的應變片。此外，需要測量這些影響。假設，沒有任何彎矩作用在被測物體的上，全橋應變片是理想的選擇，你可以采用VY41，安裝角度為45度。

輸出信號只和應變系數、應變層以及材料的泊松比有關，可以通過以下等式計算獲得：

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖2

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖3

假設20MPa的機械應變作用在鋼結構中，應變系數為2，應變測量結果為100μm/m，以上等式計算出的輸出結果為0.13 mV/V。通過計算得出結果是采用這種方法的一大劣勢。

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖4

圖1 VY41應變片，應變片組成全橋能降低線纜產生的影響。在這種情況下，呈45度排列是必須的。

另外，應變片需要現場安裝，并需要保護層，還要使用黏合劑。弱化部件強度將能提高測量橋路的輸出信號。但這將影響被測物體的強度，反過來說，將影響動態特性和穩定性。

2. 利用應變傳感器測量力

應變傳感器可以被安裝在物體結構上。傳感器通過安裝在彈性體上的全橋應變片來進行測量的。如圖顯示，這些應變傳感器帶有一個有機硅膠涂層，可以防潮，并提供機械保護。應變傳感器基于應變原理。安裝區域的應變將會大于螺紋連接間的應變值。

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖5

圖2 應變傳感器 SLB700

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖6

圖3 SLB 彈性體，圖片顯示了應變片被安裝在被測物體應變區

圖3顯示了SLB彈性體，加載到傳感器的力需要加載到應變片的中心。因為，脫離中心區域剛度會顯著減少，應變可以采用以下等式計算得出：

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖7

測量力的三種方法| 應變片、應變傳感器、力墊圈測量的優缺點的圖8

假設應變區將不產生任何應變，當然嚴格來說，這是不正確的。應變傳感器的靈敏度可以通過應變區的長度和螺紋之間的距離比進行調節。原理上說，可以獲得非常高的靈敏度。但是在實際應用中，500 μm/m的應變輸出信號能達到1.5 mV/V。其靈敏度將比全橋應變片高230% 。組件的溫度膨脹可以通過采用合適的電路來進行補償。另外, 內置電路的應變傳感器也可以在應用中進行標定，因此提供了非常高效的測量鏈。

不內置電路的傳感器具有更高的阻抗，可以達到700Ω。這樣可以采用數個應變傳感器并聯使用。SLB應變傳感器采用螺絲安裝，只需要一個平臺表面，傳感器就可以立即使用了。