称重传感器的未来和设计方向

日期:2019-08-03 17:36
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摘要:称重传感器 的未来和设计方向

称重传感器 的未来和设计方向


   在新称重传感器开发领域,光 学称重传感器正得到越来越多的关注:这种仪器不受电磁和射频干扰,能承受高温并且具有本质安全的特性。光学称重传感器的相关研究仍在持续进行。其中有两项技术具有较好的应用前景:利用单模光纤测量微弯损耗的影响和利用光纤布拉格光棚(FBG) 来测量力。应用上述两种技术的光学传感器都在日本北海道进行现场测试,用于测量电缆承受的积雪载荷。

   有些光学载荷传感器已经进入了商业应用。有一种光学应变计可以安装进钻在螺柱或螺栓上的一个0.5mm直径的孔里。这种传感器对非轴向和扭转的载荷影响完全不敏感,

  显微加工硅片称重传感器正处在研发阶段。荷兰电特大学正在研究一种应用显微加工技术的封装单片电路称重传感器, 硅制称重传感器很可能在未来成为主流。


应变片配置


    称重传感器的弹性元件(也称“梁”)用于响应直接的应力、弯曲或剪切。它们通常被称为弯曲梁、剪切梁、支承柱、支承筒、螺旋等(图7-3)。

称重传感器 的未来和设计方向

    工业称重应用*广泛的两种设计是弯曲梁和剪切梁式称重传感器。

      弯曲梁传感器由于其简单的结构和相对较低的价格成为称重传感器中*常见的设计。它由一个一端连接在基座上,另一端承受载荷的直梁构成。它的形状可以是悬臂梁、双孔;形(图7-3A)或环形(图7-3B)。应变计被同时安装在顶部和底部以测量拉伸和压缩。由于应变计很容易损坏,通常它们都被橡胶膜盒包覆。承重梁也由坚固耐用的合金钢制成并镀镍保护。


     在医疗仪器、机器人或类似的低载荷应用中,尺寸较小的微型梁传感器被用于测量不高于40磅(18kg) 的载荷。用于230克以下负载的梁使用皱铜材料,更高载荷则使用不锈钢。在这种设计中,应变计通常用氨基甲酸酶涂层保护。


      环形或饼形设计指的是由封装在不锈钢外壳中的粘接薄片式应变计构成的高圆状弯曲梁传感器。整个套件很像一块扁平的饼(图7-3B) 。 对于具有自保护、自对正功能,能够避免负载移动并使载荷集中在圆盘中心的设计,可以安装单压式传感器。着希望同时支持压缩和拉伸,则需在传感器中间打一一个螺纹通孔。并在传感负载按钮上焊接稳定隔膜。


      剪切梁称重传感器测量负载导致的剪力。弯曲梁传感器无法测量剪力,因为剪切应力会随仪器的横截面而变化。在剪切传感器中,工字梁结构提供了可被应变计**测量的均匀剪力。剪切梁传感器(图7-3C)可由一对安装在工字梁两侧的应变片构成,网格线与主轴同向。剪切梁传感器相较弯曲梁传感器的优点是更适合侧向载荷和动态载荷测量和更快的归零。

     直接应力(或柱/简式)式称重传感器本质上是安装在坚固圆筒容器内的支柱上的弯曲梁传感器(图7-3D)。梁传感器竖直安装,四个应变计中的两个纵向安装。另外两个横向安装。支柱截面可以是方形、圆形或圆形带用于安装应变片的局部机加平台等形状。

     如果配有摇臂安装或自对正轴承支座,筒式称重传感器可以承受一定程度的容器移动,并对负载施加点相对较不敏感。此外筒式结构可以保护应变计免受物理或环境损伤。筒式应变片的尺寸从1-1/2in.直径,可测量100-5001b.载荷的螺柱式到可测量重达500,000Ib.的卡车、容器和贮料罐的6-1/2in.直径压缩称重传感器。

      螺线状称重传感器相比简状压缩称重传感器更适合用于偏轴载荷测量(图7-3E)。螺线状称重传感器的工作原理与弹簧相同。弹簧利用自身的扭转动量来平衡载荷力,扭转作用从螺旋的顶端-直传递到底部。通过测量安装在弹簧上的应变计的扭转动量,一个螺线状称B传感器无需昂贵的安装结构就可以提供相当**的载荷测量。非对称或偏轴式负载产生的力对弹簧的影响甚微。应变片的传感器既可测量拉力,也可测量压力。


    螺线状称重传感器可被安装在粗糙的表面,即使上下安装面不平行仍可保持0.5%以内的总误差。螺线状称重传感器也具有较好的抗冲击和过载(可承受上千倍的过载)特性,使其十分适于车辆轮轴、座椅或叉车的应用。


        按钮和平垫粘接应变片式称重传感器的尺寸范围是14至1-1/2in.直径。*小的传感器只能测量压力,稍大些的型号则提供用以测量拉力的螺孔。绝大多数微型传感器只能测量2001b.以下的负载,但某些则可支持高达50,0001b..由于这些微型称重传感器没有固定装置或挠曲装置,它们不能承受偏轴负载或载荷移动。

      另一方面,按钮和平垫式称重传感器极其方便使用。即使*小尺寸的传感器都用不锈钢制成,配以内嵌式四臂惠斯通全电桥,可以测量200 Ib以下的载荷,承受1500*F以下的温度。
 

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