應變式壓力傳感器原理與結(jié)構(gòu)

　　壓力傳感器的一種,，在所有測力傳感器中,，應變式測力傳感器應用最為廣泛。它能應用于從極小到很大的動,、靜態(tài)力的測量，且測量精度高，其使用量約占測力傳感器總量的90％左右,。

　　壓力傳感器是由彈性敏感元件和貼在其上的應變片組成。應變式測力傳感器首先把被測力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應變,，再利用電阻應變效應測出應變,，從而間接地測出力的大小。常見的彈性元件結(jié)構(gòu)形式有柱式,、筒式,、環(huán)形、梁式、輪輻式,、s形等,。

　　壓力傳感器的布置和接橋方式，對于提高力傳感器的靈敏度和消除有害因素的影響有很大關(guān)系,。根據(jù)電橋的加減特性和彈性元件的受力性質(zhì),，在貼片位置許可的情況下，可貼4或8片應變片,，其位置應是彈性元件應變最大的地方,。

　　柱式彈性元件通常都做成圓柱形和方柱形，用于測量較大的力,。最大量程可達10MN,。在載荷較小時（1～100kN），為便于粘貼應變片和減小由于載荷偏心或側(cè)向分力引起的彎曲影響,，同時為了提高靈敏度,，多采用空心柱體。四個應變片粘貼的位置和方向應保證其中兩片感受縱向應變,，另外兩片感受橫向應變（因為縱向應變與橫向應變是互為反向變化的）,，如上圖（a）所示。

　　當被測力F沿柱體軸向作用在彈性體上時,，其縱向應變和橫向應變分別為

　　在實際測量中,，被測力不可能正好沿著柱體的軸線作用，而總是與軸線成一微小的角度或微小的偏心,，這就使得彈性柱體除了受縱向力作用外,，還受到橫向力和彎矩的作用，從而影響測量精度,。

　　簡單的柱式,、筒式、梁式等彈性元件是根據(jù)正應力與載荷成正比的關(guān)系來測量的,，它們存在著一些不易克服的缺點,。為了進一步提高測力傳感器性能和測量精度，要求測力傳感器有抗偏心,、抗側(cè)向力和抗過載能力,。20世紀70年代開始已成功地研制出切應測力傳感器?！　?/p>

　　壓力傳感器由輪圈,、輪轱,、輻條和應變片組成,。輻條成對且對稱地連接輪圈和輪轱，當外力作用在輪轱上端面和輪轱下端面時,，矩形輻條就產(chǎn)生平行四邊形變形,，壓力傳感器形成與外力成正比的切應變,。此切應變能引起與中性軸成450方向的相互垂直的兩個正負正應力，即由切應力引起的拉應力和壓應力,，通過測量拉應力或壓應力值就可知切應力值的大小,。因此，在輪輻式傳感器中,，把應變片貼到與切應力成450的位置上,，使它感受的仍是拉伸和壓縮應變，但該應變不是由彎距產(chǎn)生的,，而主要是由剪切力產(chǎn)生的,，此即這類傳感器的基本工作原理。這類傳感器的優(yōu)點是抗過載能力強,，能承受幾倍于額定量程的過載,。此外，其抗偏心,、抗側(cè)向力的能力也較強,，精度在0.1％之內(nèi)。下圖是較常用的輪輻式切應測力傳感器的結(jié)構(gòu)簡圖,。

　　壓力傳感器在工業(yè)設(shè)備上應用非常廣泛,，正確合理選用測力傳感器既可以確保測量精度，又可以延長測力傳感器的使用壽命,。

　　一,、根據(jù)實際壓力選擇合適的量程。如用氣缸,、液壓缸,、電動缸驅(qū)動，大致計算出驅(qū)動力的大小,，以及可能產(chǎn)生的沖擊力,。在精度范圍允許內(nèi)，選大測力傳感器量程,，避免測力傳感器過載損壞,。

　　二、根據(jù)現(xiàn)場使用要求,，選用的安裝方式,。如需要配合工裝使用，可以選用拉壓型的測力傳感器,，方便安裝工裝,，也方便工裝置零。如需測拉力，也得選用拉壓式的測力傳感器,。如只測壓力而且無需加裝工裝或壓頭,，用純壓式的測力傳感器即可。

　　三,、根據(jù)現(xiàn)場安裝空間大小選用合理的傳感器尺寸,。如空間安裝狹小，可選用小尺寸的測力傳感器,，如安裝空間沒有要求,，可以選用尺寸較大的傳感器，以確保精度和測力傳感器的一致性,。

　　四,、根據(jù)測量誤差要求選擇合適的測力傳感器，如對測量誤差要求高,，可選用精度高的傳感器,，如S型的傳感器、輪輻式的傳感器也可以是梁式的稱重傳感器,，這三種傳感器精度高,，重復性好、一致性也高,。