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拉力傳感器

拉力傳感器又叫電阻應(yīng)變式傳感器,隸屬于稱重傳感器系列,是一種將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置,它使用兩個(gè)拉力傳遞部分傳力,在其結(jié)構(gòu)中含有力敏器件和兩個(gè)拉力傳遞部分,在力敏器件中含有壓電片、壓電片墊片,后者含有基板部分和邊緣傳力部分。
拉力傳感器
簡(jiǎn)介
拉力傳感器又叫電阻應(yīng)變式傳感器,隸屬于稱重傳感器系列,是一種將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置,它使用兩個(gè)拉力傳遞部分傳力,在其結(jié)構(gòu)中含有力敏器件和兩個(gè)拉力傳遞部分,在力敏器件中含有壓電片、壓電片墊片,后者含有基板部分和邊緣傳力部分,其特征是使兩個(gè)拉力傳遞部分的兩端分別固定在一起,用兩端之間的橫向作用面將力敏器件夾緊,壓電片墊片在一側(cè)壓在壓電片的中心區(qū)域,基板部分位于壓電片另一側(cè)與邊緣傳力部分之間并緊貼壓電片,其用途之一是制成鉤秤以取代桿枰。實(shí)際工作環(huán)境對(duì)于正確選用拉力傳感器至關(guān)重要,它不僅關(guān)系到拉力傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,甚至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。
原理
拉力傳感器基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小),再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。

考慮到使用地點(diǎn)的策略加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響,拉力傳感器的性能指標(biāo)主要包括有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。

拉力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高,測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,頻響特性好,能在惡劣條件下工作,易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱,但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。

應(yīng)用
建筑行業(yè):拉力傳感器,集電動(dòng)機(jī),減速機(jī)鋼絲繩卷筒等一體的小型起重設(shè)備,大多數(shù)還帶有行走小車,配合單梁橋式或門式起重機(jī),組成一個(gè)完整的起重機(jī)械。它是工礦企業(yè),倉(cāng)儲(chǔ)碼頭等場(chǎng)所必備的起重設(shè)備。由于起重機(jī)在使用的過程中需要起吊不同噸位的重物,因此就需要配備一套拉力傳感器系統(tǒng)對(duì)起吊重物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以便當(dāng)前工作狀況做出判斷,做出相應(yīng)的聲光指示如正常起重狀態(tài),滿載狀態(tài),超載狀態(tài)等等。

運(yùn)動(dòng)器材:運(yùn)動(dòng)器材中拉力機(jī)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì) ,主要由拉力傳感器、變送器、微處理器、負(fù)荷驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)及彩色噴墨打印機(jī)構(gòu)成。高精度電子調(diào)速電動(dòng)機(jī)可設(shè)置無級(jí)試驗(yàn)速度。各集成構(gòu)件間均采用插接方式聯(lián)接。落地式機(jī)型 ,造型涂裝均充分考慮了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì),人體工程學(xué)之相關(guān)原則。計(jì)算機(jī)顯示器全程顯示試驗(yàn)過程、曲線,微機(jī)自動(dòng)傳輸試驗(yàn)設(shè)置與試驗(yàn)數(shù)據(jù)。用戶可按各自要求修改試驗(yàn)報(bào)告,輸出標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告。通過對(duì)成組試驗(yàn)曲線的迭加分析,可準(zhǔn)確掌握質(zhì)量調(diào)控參數(shù)。多方式的數(shù)據(jù)查詢功能,可使管理者清晰把握質(zhì)量控制發(fā)展變化趨勢(shì)。特別設(shè)計(jì)的軟件功能更能使試驗(yàn)者定量掌握試驗(yàn)材料應(yīng)用過程中關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù),準(zhǔn)確進(jìn)行工藝調(diào)整與生產(chǎn)控制。

構(gòu)造分類
根據(jù)不同拉力的力度和大小設(shè)計(jì)出外觀不同的拉力傳感器,有S型拉力傳感器、板環(huán)拉力傳感器等等。S型拉力傳感器是力學(xué)傳感器中最為常見的一種傳感器,大部分是用于測(cè)量固體間的拉力和壓力,通常也被人們也稱之為拉壓力傳感器,因?yàn)樗耐庑蜗馭形狀,所以習(xí)慣上也稱S型拉力傳感器,它的優(yōu)點(diǎn)是安裝容易,使用方便,適用于吊秤,配料秤,機(jī)改秤等電子測(cè)力系統(tǒng).板環(huán)拉力傳感器同樣是外形的緣故而得名,而它的優(yōu)點(diǎn)是更加適合大量程,惡劣條件下工作,頻響特性好,很多被應(yīng)用在建材、水泥、化工,起重、起吊行業(yè)。
詳細(xì)參數(shù)
額定載荷 5,10,20,30,100,200,300,500kg, 1,2,3,5,10,15,20t

精度等級(jí) C2

絕緣電阻(MΩ) ≥5000(100VDC)

綜合誤差(%F.S) 0.03

激勵(lì)電壓(V) 9~12 (DC)

靈敏度(mV/V) 2.0±0.02

溫度補(bǔ)償范圍(℃) -10 ~ +40

非線性(%F.S) 0.03

使用溫度范圍(℃) -35 ~ +65

滯后(%F.S) 0.03

零點(diǎn)溫度影響(%F.S/10℃) 0.03

重復(fù)性(%F.S) 0.01

靈敏度溫度影響(%F.S/10℃) 0.03

蠕變(%F.S/30min) 0.02

安全過載范圍(%F.S) 150

零點(diǎn)輸出(%F.S) ±1

極限過載范圍(%F.S) 200

輸入阻抗(Ω) 700±7

防護(hù)等級(jí) IP65

輸出阻抗(Ω) 700±7 電纜線 四芯屏蔽電纜 3m

接線方法 輸入(電源) + : 紅色;輸入(電源) - : 黑色;輸出(信號(hào)) + : 綠色;輸出(信號(hào)) - :白色

特征
使兩個(gè)拉力傳遞部分的兩端分別固定在一起,干燥箱用兩端之間的橫向作用面將力敏器件夾緊,壓電片墊片在一側(cè)壓在壓電片的中心區(qū)域,基板部分位于壓電片另一側(cè)與邊緣傳力部分之間并緊貼壓電片。其用途之一是制成鉤秤以取代桿枰。
如何接線
首先確定顯示器上傳感器器接口的電源正、電源負(fù)、反饋正、反饋負(fù)、信號(hào)正、信號(hào)負(fù),如果是6線制傳器,測(cè)出傳感器電阻最小的兩組線分別是電源正、反饋正;電源負(fù)、反饋負(fù),接到顯示器后對(duì)傳感器加載,測(cè)量另外兩根線的電壓值(毫伏)正接顯示器信號(hào)正,負(fù)接顯示器信號(hào)負(fù);如果是四線值,需要將顯示器的電源正與反饋正短接、電源負(fù)與反饋負(fù)短接,用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器四根線,其中電阻值最大的兩根是電源,另外兩根是信號(hào)。根據(jù)傳感器的產(chǎn)地,可以用引線的色判斷,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家一般是紅為電源正,黑為電源負(fù),綠為信號(hào)正,白為信號(hào)負(fù);歐美生產(chǎn)的傳感器一般綠為電源正,黑為電源負(fù),白為信號(hào)正,紅為信號(hào)負(fù)。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)

精度高,測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,頻響特性好,能在惡劣條件下工作,易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。

缺點(diǎn)

對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱,但可采取一定的補(bǔ)償措施。

注意事項(xiàng)
安裝使用時(shí)注意事項(xiàng)

1、拉力傳感器要輕拿輕放,尤其對(duì)于用合金材料作為彈性體的小容量傳感器,任何振動(dòng)造成的沖擊或者跌落,都很有可能造成很大的輸出誤差。

2、設(shè)計(jì)加載裝置及安裝時(shí)應(yīng)保證加載力的作用線與拉力傳感器受力軸線重合,使傾斜負(fù)荷和偏心負(fù)荷的影響減至最小。

3、在水平調(diào)整方面。如果使用的是單只拉力傳感器的話,其底座的安裝平面要使用水平儀調(diào)整直到水平;如果是多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量的情況,那么它們底座的安裝面要盡量保持在一個(gè)水平面上,這樣做的目的主要是為了保證每個(gè)傳感器所承受的力量基本一致。

4、按照其說明中拉力傳感器的量程選定來確定所用傳感器的額定載荷。

5、傳感器的底座安裝面應(yīng)盡可能的平整和清潔,沒有任何油污或者膠膜等存在。安裝底座本身應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛性,通常要求高于傳感器本身的強(qiáng)度和剛度。

6、傳感器外殼、保護(hù)蓋板、引線接頭均經(jīng)密封處理,用戶不準(zhǔn)打開。

7、為防止化學(xué)腐蝕.安裝時(shí)宜用凡士林涂抹拉力傳感器外表面。應(yīng)避免陽(yáng)光直曬和環(huán)境溫度劇變的場(chǎng)臺(tái)使用

8、在無法避免時(shí)應(yīng)加裝防護(hù)或緩解裝置。

9、為防止大電流直接竄過傳感器本體而損壞傳感器禁止在傳感器安裝后進(jìn)行電焊作業(yè),在萬(wàn)不得已時(shí)應(yīng)

10、在拉力傳感器加載裝置兩端加接編織線做的旁路器。

11、電纜線不宜自行加長(zhǎng),在確實(shí)需加長(zhǎng)時(shí)應(yīng)在接頭處焊,并加防潮密封膠。

12、在拉力傳感器周圍最好采用一些擋板把傳感器罩起來。這樣做的目的可防止雜物掉進(jìn)傳感器的運(yùn)動(dòng)部分,影響其測(cè)量精度。

13、傳感器的電纜線應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)動(dòng)力電源線或有脈沖波的場(chǎng)所,無法避競(jìng)時(shí)應(yīng)把拉力傳感器的電纜線單獨(dú)穿入鐵管內(nèi),并盡量縮短連接距離。

14、按其說明中的拉力傳感器量程選定來確定所用傳感器的額定載荷,拉力傳感器雖然本身具備一定的過載能力,但在安裝和使用過程中應(yīng)盡量避免此種情況。有時(shí)短時(shí)間的超載,也可能會(huì)造成傳感器永久損壞。

15、在高度精度使用場(chǎng)合,應(yīng)使拉力傳感器和儀表在預(yù)熱30分鐘后使用。

16、傳感器應(yīng)放在干燥通風(fēng)無腐蝕性氣體的室內(nèi)。

案例
拉力傳感器應(yīng)用于電動(dòng)葫蘆對(duì)起吊重物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

電動(dòng)葫蘆是集電動(dòng)機(jī),減速機(jī)和鋼絲繩卷筒為一體的小型起重設(shè)備,大多數(shù)還帶有行走小車,配合單梁橋式或門式起重機(jī),組成一個(gè)完整的起重機(jī)械。電動(dòng)葫蘆是是工礦企業(yè),倉(cāng)儲(chǔ)碼頭等場(chǎng)所必備的起重設(shè)備。由于起重機(jī)在使用的過程中需要起吊不同噸位的重物,因此就需要配備一套拉力傳感器系統(tǒng)對(duì)起吊重物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以便當(dāng)前工作狀況做出判斷,做出相應(yīng)的聲光指示如正常起重狀態(tài),滿載狀態(tài),超載狀態(tài)等等。

分體式電動(dòng)葫蘆超載限制器一般使用軸銷式拉力傳感器、S型拉力傳感器或者板環(huán)式拉力傳感器,根據(jù)電動(dòng)葫蘆的結(jié)構(gòu),選擇便于的拉力傳感器類型。具體選擇的時(shí)候,還需要了解電動(dòng)葫蘆的載荷、鋼絲繩倍率、鋼絲繩直徑以及可供電源等數(shù)據(jù),與相應(yīng)傳感器的參數(shù)比較,以便于在購(gòu)買超載限制器后可投入正常使用,適用于環(huán)鏈?zhǔn)诫妱?dòng)葫蘆。

一體式電動(dòng)葫蘆超載限制器傳感器與顯示儀表捆綁在一起,主要使用的傳感器是旁壓傳感器。選擇傳感器的時(shí)候同樣需要關(guān)注電動(dòng)葫蘆的載荷、鋼絲繩倍率、鋼絲繩直徑以及可供電源等因素,其綜合誤差一般在±0.02%F.S。一體式電動(dòng)葫蘆超載限制器的優(yōu)點(diǎn)在于安裝方便,價(jià)格較低,適用于鋼絲繩式電動(dòng)葫蘆。

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