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分析力传感器的组成分类和应用原理

时间:2021-07-09 点击次数:

分析力传感器的组成分类和应用原理。

力传感器是什么?

力传感器(forcesensor)将力值转换成相关电信号的装置。力是物质运动变化的直接原因。力传感器可以检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变。具体设备包括金属应变片、压力传感器等。,已成为动力设备、工程机械、各种工作母机和工业自动化系统中不可或缺的核心部件。


分析力传感器的组成分类和应用原理(图1)


力传感器。

力传感器主要由三部分组成:

1-力敏元件(即弹性体,常见材料有铝合金、合金钢和不锈钢)。

2-转换元件(最常见的是电阻应变片)。

电路部分(一般有漆包线,pcb板等)。

力传感器分类

力能产生多种物理效效应,可以根据不同的需要设计制造力传感器。力传感器主要有:

(1)被测力使弹性体(如弹簧、梁、波纹管、膜片等)产生相应的位移。),并通过位移测量获得力信号。

(2)弹性构件和应变片共同构成传感器,应变片牢固粘贴在构件表面。弹性构件受力时发生变形,使应变片电阻值发生变化(应变时,应变片的几何形状和电阻率发生变化,导致电阻值发生变化),通过电阻测量获得力信号。应变片可以由金属箔或半导体材料制成。

(3)利用压电效应测量力量。用压电晶体将力直接转换成放置在晶体两侧电极上的电位差。

(4)力引起机械谐振系统固有频率的变化,并通过频率测量获的相关信息。

(5)通过电磁力与待测力的平衡,通过平衡时相关电磁参数获取力的信息。

怎样提高力传感器的精度-补偿?

温度会使四个应变片的应变信号(电阻)在同一个方向和程度上发生变化。

由于两个正向应变和两个负向应变被列入等式,温度不会产生输出信号。

剩余的微小残留误差可以通过连接到惠斯通电桥上的特殊镍金属来纠正。

此外,应变片需要补偿温度对灵敏度(TCS)。当温度变化时,材料的E模量会降低,导致应变。此外,应变片的灵敏度取决于温度。电阻补偿在高温下会产生更大的压降。这将降低惠斯通电桥的输出信号。

线性误差也会在负载状态下发生变化。这可以通过优化弹性体材料和结构,选择准确的测量点来完成。

在汽车安全性能试验中应用力传感器。

谈到多轴测力传感器,知道的人并不多。然而,许多人在电视上看到了汽车碰撞实验,通过碰撞模拟传感器的输出信号来判断汽车的安全性能。可以说,没有多轴测力传感器,碰撞模拟器只能作为橱窗中的模型,不能真正发挥作用。

汽车安全碰撞试验的模拟人员将配备测力传感器。

测力传感器在汽车安全性能实验中。

在汽车安全实验室,汽车制造商通常会进行安全性能实验,让模拟器坐在汽车里,故意发生碰撞,然后检测模拟器各部分的加速度、载荷和变形,从而评估汽车的安全等级。

模拟器多采用金属和塑料制成,不仅外形与真人相同,而且脊柱、肋骨和合成肌肉复杂。最重要的是,模拟人体上覆盖着各种多轴测力传感器,为技术人员分析汽车碰撞瞬间的技术数据。一般来说,多轴测力传感器安装在汽车碰撞模拟人的颈部、手部、腿部等不同部位。

颈部受到一定程度的力会断裂,大腿受到剧烈撞击会骨折。通过分析测力传感器采集的各种受力数据和假人的伤害,汽车制造商可以根据这一点来评估安全性能等级。

机器人磨削系统配有测力传感器。

测力传感器在机器人行业的应用。

此外,目前国内一些团队将多轴测力传感器技术应用于机器人行业,提高了机器人的智能水平。

如何使机器人更聪明,一是有视觉,二是有触觉。目前,95%的机器人都有所谓的视觉。如果增加多轴测力传感器,机器人的手可以被感知,机器人的智能可以大大增强。

此外,多轴测力传感器还可以用于普通金属零件打磨等附加值低的工业场合。比如对触觉机器人的需求比较大的是打磨工作。粉尘对人体有害,工作强度大,安全事故频发。目前,一些国内团队也计划使用多轴测力传感器开发智能磨头,使机器人取代人工抛光,从而使更多的企业使用它。

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