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动态力测量传感器的选用

来源:http://www.ligentcn.com/news/1935.html发布时间:2020-03-07

一般需要测试不同产品的动态力所使用的传感器也会有所不同。如何选用,本文介绍了两款测试动态力的传感器,可供参考。

目前在测量动态力的传感器主要有应变式动态力传感器、压电式动态力传感器两种,在实际动态力测量过程究竟应如何选择呢?



应变式动态力传感器即测力传感器是将冲击过程的弹性变形转换成应变电阻的变化,通过惠斯通桥路、放大调理电路将变化转换为测量电路可识别的信号。

压电式动态力传感器:压电材料在冲击过程晶体表面产生正负电荷,电荷量与受动态力大小成正比,电荷通过外置的电荷放大电路转换为后端采集电路可识别的电压,压电式动态力传感器是依据压电效应设计的。  

由于采用压电陶瓷、压电石英材料,压电动态力传感器的刚度更大,结构更小,并且拥有更高的固有频率,适合动态测量。采用压电传感器测量时,压电材料产生电信号,但几乎不产生位移。压电传感器的灵敏度不依赖尺寸和压电材料结构,而是依赖使用的压电材料类型和几何形状。

实际应用过程的选择

在力加载过程中,压电传感器只有非常小的变形,具有极高的刚度。使其具有很高的谐振频率,非常适合用于动态测试。但是,完整的测量链对于动态特性是非常关键的。因此,安装传感器的部件需要有更大的质量,并且其对系统的整体质量和截止频率具有一个较大的冲击,避免附加质量引起结构振动、冲击形态的变化。另外,电荷放大器的带宽取决于电荷,因此,在进行较大的力测量导致的高电荷反过来会限制带宽。

在较大额定力情况下,应变传感器具有更高的截止频率。小量程的力传感器的弹性体更软,结构刚度小, 谐振频率也就更低。但是,进行小量程力进行快速测试时,可以选择压电力传感器,而对于较大的力是,应该选择应变原理的传感器。

动态力测力传感器

标定任务
连接应变传感器的放大器可以进行多种误差补偿。包括温度对灵敏度和零点的补偿以及线性和弯矩误差等。 因此,应变传感器非常适合高精度静态标定, 通过弹性体结构可以实现更高的可重复性。因此,对于力学标定来说,需要选择基于应变原理的传感器。压电式力传感器在安装过程采用螺栓安装,实际产生动态力时螺栓会分流动态力,用户在实际使用时不能使用传感器厂家提供的出场参数,需与结构件安装后整体标定,标定一般采用冲击加速度法和应变等效冲击法。

高初始负载
在力施加过程中,如果需要,压电传感器产生的电荷可以短路。电荷放大器输入状态可以显示为零。因此,电荷放大器的输入范围可以不受高初始负载影响。因此,压电传感器可以在高初始负载状态下维持高精度。

在恶劣环境下
一些应变力传感器具有IP68保护等级。紧致密封的外壳保护灵敏的应变片。这让其可以用于恶劣的环境中。压电传感器的电缆可以采用特殊的防护来保证其连接,来保证其操作安全性。

高精度测量
现代力传感器都具有很高的精度,应变传感器的误差仅有200 ppm。压电传感器具有稍高的线性误差,一般为满量程的0.5%。其限制主要来自于漂移,通过对整个量程的标定,可以使其获得更高的精度。

空间受到限制
压电传感器结构非常紧凑,例如CLP系列高度仅有4 mm。因此非常适合集成到现存系统中。尽管其精度比较低,但是在空间要求较高的应用中,可以考虑选择压电传感器。




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