如何选择测量冲击力的传感器

出处: 学修网 发布于:2022-02-26 06:35:13浏览(9090)

          一般需要测试不同产品的冲击力所使用的传感器也会有所不同。但也有很多人不太了解不知道选用什么样的传感器比较好。他又能否直接进行测量么。为此本文介绍了几款测试冲击力的传感器,在你选择的时候有所参考。

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

  应变式冲击力传感器

  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。

  

  应变式冲击传感器结构

  

  应变式冲击力传感器

  压电式冲击力传感器:

  压电材料在冲击过程晶体表面产生正负电荷,电荷量与受冲击力大小成正比,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,压电式冲击力传感器是依据压电效应设计的。

  

  压电力传感器结构

  

  压电式冲击力传感器

  压电式冲击力传感器:由于采用压电陶瓷、压电石英材料,压电冲击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。

  Q=q11.n.F

  Q=产生的电荷

  Q11=材料常数,例如2.7pc/N

  n=晶体数量

  F=冲击负载

  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。这导致去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,压电力传感器是第一选择,而对于较大的力是,应该选择应变原理的传感器。

  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,基于应变原理的传感器是唯一选择。压电式力传感器在安装过程采用螺栓安装,实际产生冲击力时螺栓会分流冲击力,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。

  

  测量过程螺栓的力分流作用

  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。(KAB145-3)

  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,压电传感器应该是首选。

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