基于应变的力传感器

工作原理

为了解释 力传感器 如何工作,我们首先需要来回答这个问题: 应变片 如何工作,大多数通用力传感器内部都有应变片

让我们来简单地了解下应变片:其作为电导体牢固地附着在基片上。当基底被拉伸时,应变片将会变长。反之被压缩时,应变片将会缩短。结果是导致应变片电阻产生变化。这就是应变测量原理,通过应变电阻产生变换来确定应变大小。

为了生产力传感器,除了应变片外还需要一个弹性体 - 例如采用不锈钢等。应变片将牢固地黏贴在弹性体上。

我们采用弹性体最简单的形式 - 钢圆柱体来进行说明。

本文中, Thomas Kleckers, HBM 力传感器产品经理,将向您解释力传感器如何工作。

如果应变片被压缩,其电阻(Ω)会下降,如果拉伸,则电阻增加。
如果应变片被压缩,其电阻(Ω)会下降,如果拉伸,则电阻增加。
图中为惠斯通电桥,四个应变片组成一个 “环”。 circuit looks like: Here, four SGs are connected "in a ring".

图中显示的四个应变片组成惠斯通电桥。这里不详细解释惠斯通电桥(详情见参考书“ '采用应变片进行应力测量和传感器制造‘). 最重要的是,由于应变片牢固地黏贴在弹性体上,因此应变片将产生和弹性体一样的变形,这将导致电阻产生变化。惠斯通电桥输出信号将提供这些变形信息。这样就可以计算出作用在应变片上的力的大小。这就是力传感器的工作原理。

最重要的是,由于应变片牢固地黏贴在弹性体上,因此应变片将产生和弹性体一样的变形,这将导致电阻产生变化。惠斯通电桥输出信号将提供这些变形信息。这样就可以计算出作用在应变片上的力的大小。这就是力传感器的工作原理。

称重传感器和力传感器之间有什么区别?

原理上,它们似乎非常类似:称重传感器测量质量或重量,力传感器测量力(即N或牛顿)。他们是否可以互换?每个牛顿大约等于100克,力传感器可以转换为称重传感器!


但是实际上不是这么简单。

区别1

称重传感器仅测量重量,而且仅是重力场方向。而且重量将一直大于 0。如果一个容器放在称重传感器下方,其并不会产生一个相反方向的重量。而力传感器则不同,其可以测量正方向,反方向以及拉力和压力等。

区别2:

称重传感器在工厂中生产,然后再现场进行标定。力传感器生产后立即在工厂进行校准,并且需要保证传感器拆下并安装后,测量值相同。因此,力传感器具有比称重传感器更坚固的结构,以保证在变化条件下的测量值的重复性。

区别3:

称重传感器和力传感器的标准不同,称重传感器一般为贸易秤标准,而立传感器需要满足 VDI 2635 或 ISO 376 标准。在这些标准中,可重复性其其中最重要的因素。

U10M 力传感器
Z6 剪切梁称重传感器

应用领域

"力传感器几乎可以用于任何地方,例如测试台的气隙力测量,即使力传感器没有接触到平台,力依然可以测量"。 – Thomas Kleckers

总而言之,我们将看一下力传感器的应用领域。

  • 测试对物体的作用力。示例:如意外事故对摩托车头盔的影响。
  • 测量值和参考值之间进行国际部队。世界各地的计量机构都使用特别精确的力传感器进行测试。提供参考测量值。
  • 在测试台上,力传感器通常确保可以精确地控制所需的载荷:例如对飞机的机翼的加载测试,模拟真实的飞行状态。
  • 工业设备,例如在印刷机,装配线或终端测试中例如盖子必须牢固地按住?
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