分力测量: 实际应用中的三种方法

直接采用 应变片 测量力有多种优势.

焊接应变片 (SG) 实际上对被测物体的结构没有任何影响。 结构的硬度和动态特性将会保持不变。在对花丝结构测试时，应变片具有非常明显的优势，因为其变形时，只需要非常小的力。

安装时需要使用全桥应变片,并且需要选择能够补偿寄生负载（例如，弯矩或扭矩）的应变片。 此外，需要测量这些影响 [1], [2].

假设，没有任何弯矩作用在被测物体的上, 全桥应变片是理想的选择，你可以采用来自 HBM 的 VY41，安装角度为 45 度。

输出信号只和应变系数，应变层以及材料的泊松比有关; 其可以通过以下等式计算获得:

U/U0	测量桥路的输出信号
k	应变片的应变系数
ε	应变片的应变层
µ	泊松比

假设 20 MPa 的机械应变作用在钢结构中，应变系数为 2， 应变测量结果为 100 µm/m，以上等式计算出的输出结果为 0.13 mV/V 。

通过计算得出结果是采用这种方法的一大劣势。

另外，应变片需要现场安装，并需要保护层。 另外要使用黏合剂。

通过弱化部件强度将能提高测量桥路的输出信号。但这将影响被测物体的强度，反过来说，将影响动态特性和稳定性。

应变传感器可以被安装在物体结构上。传感器通过安装在弹性体上的全桥应变片来进行测量的。

如图显示，这些应变传感器带有一个有机硅涂层，可以防潮，并提供机械保护。

应变传感器基于应变原理。安装区域的应变将会大于螺纹连接间的应变值。

图 3 显示了 SLB 弹性体. 加载到传感器的力需要加载到应变片的中心。因为，脱离中心区域刚度会显著减少，应变可以采用以下等式计算得出:

Where:

εSG	应变片的应变
εObject	在螺纹之间的应变
lStrain sensor	螺纹连接之间的距离
lStrain zone	结构弱化区域的长度

假设应变区将不产生任何应变，当然严格来说，这是不正确的。应变传感器的灵敏度可以通过应变区的长度和螺纹之间的距离比进行调节。原理上说，可以获得非常高的灵敏度。但是在实际应用中，500 µm/m 的应变输出信号能达到 1.5 mV/V。其灵敏度将比全桥应变片提高 230 % 。

组件的温度膨胀可以通过采用合适的电路来进行补偿。

另外, 内置电路的应变传感器也可以在应用中进行标定，因此提供了非常高效的测量链。

不带有电路的传感器具有更高的阻抗，可以达到 700 Ω。这样可以采用数个应变传感器并联使用，而无需极高的放大器供给电流。

我们假设两个传感器并联，并安装在同一高度，在弯矩负载下，其中一个具有更高的应变，另外一个应变较低。整体而言，只有拉伸和压缩向的负载被测量。

SLB 应变传感器采用螺丝安装，只需要一个平台表面，传感器就可以立即使用了。

力垫圈 可以基于应变或压电技术，无论选择何种原理:

力垫圈都采用螺栓和螺丝连接，因此，由于采用螺栓连接，其类似于弹性体，降低了系统的灵敏度。一般来说，大约 10% 的灵敏度将受到影响。因此，力垫圈不能在工厂进行标定。

为保证更好的重复性，需要进行预应力加载。力的峰值取决于额定力的大小 - 最高的弯矩往往发生在额定负载的 50 %. 因此，最佳的预应力应该采用额定负载的 50%，这同样适用于  压电力垫圈  [3].

力垫圈具有非常高的防护等级，因此可以立即使用;在这方面，其和应变传感器具有同样的优势 。力垫圈，同样具有非常好的灵敏度。并且和额定量程无关。