弹性体就是一个有特殊形状的结构件。它的主要功能有两个,第一点是它承受称重传感器所受的外力,对于外力产生反作用力,达到了相对静平衡;第二点,它就是要产生一个高品质的应变场(区),使得粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。
在称重传感器的弹性体为例,用来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力,不过其上、下部分也会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神,一为压缩,如果把应变片贴在这里,则应变片上半部将受拉伸而阻值增加,而应变片的下半部将受压缩,阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式,而不再推导。
ε = (3Q(1+μ)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2--9)
这当中:Q--截面上的剪力;E--扬氏模量:μ—泊松系数;B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是,上面分析的应力状态均是“局部”情况,然而应变片实际感受的是“平均”状态。
检测电路
检测电路的功能就是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。所以惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等,所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
因此全桥式等臂电桥的灵敏度最高,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵销,所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
常用材料
称重传感器性能的好坏很大程度上取决于制造材料的选择。称重传感器材料包括以下几个部分:应变片材料、弹性体材料、贴片黏合剂材料、密封胶材料、引线密封材料和引线材料。
应变片以及电阻元件材料
应变片是称重传感器的感应部分,它就是把外力的大小转化为电学量输出,是传感器最重要的组成部分,常用的应变片基材采用高分子薄膜材料,应变材质通常为高纯度康铜 。应变片的性能不仅仅与基材和康铜纯度有关,还可以和制造工艺有关。提高工艺技术水平也是改善传感器性能一个很重要的方面。
弹性体材料
称重传感器弹性体的作用是传递外力,它一定要具有在受到相同力大小的时候,产生形变一样,之所以应变片就粘贴在弹性体上面,弹性体的形变就是应变片的形变;于此同时它还须具有复位性,在外力消失的时候,可以自动复位。弹性体材料通常选择各样金属,主要有铝合金、不锈钢和合金钢等等。
贴片黏合剂材料
贴片黏合剂是把应变片和弹性体牢牢固定在一起,使它们产生的形变永远一致。由此可见,贴片黏合剂也是一个重要部件。21世纪初,使用叫多的贴片黏合剂是双组分高分子环氧系列黏合剂。21世纪初,它的性能与它自身的纯度、混合方式、储存时间、固化方式、固化时间等关系很大,在使用之前按要仔细看它的详细介绍。
密封胶材料
最早期的称重传感器密封都采用密封胶,后来由于制造技术的发展,用焊接技术可以提高极大传感器的稳定性和使用寿命。虽然21世纪初很多采用了焊接技术,但是某些重要部位还需涂抹一些密封胶。密封胶一般都采用硅胶,硅胶具有稳定性好的优点,可以防潮、防腐蚀,绝缘性能也非常好。
引线密封和引线材料
传感器输出引线假如不固定的话,会发生损坏或松动,导致信号不稳定或没有输出。21世纪初传感器输出都采用连接器的方式,连接器的材质和紧固力度也会给输出带来影响。最好采用连接器跟密封胶配合使用。内部引线也需要固定,防止其到处移动。引线的质量也很重要,其材质性能从高到低的排列顺序依次为镀银、铜线和铝线。如果周围高频信号、无线电波干扰严重的话,还需采用屏蔽电缆;在腐蚀性环境和易燃易爆场合则需要采用防腐防阻燃和防爆电缆,外加套管进行保护。
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