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- 【导读】 1称重传感器电路简图 惠斯通电桥的桥臂上。请注意,应变方向相同的两个电阻应变计安装在电桥的相3受拉伸应力,2和 到 产生单一的*小输出值,而使称重传感器产生*大输出值。E0与输入
称重传感器" target="_blank" href="http://www.18show.cn/subject/s106.html">传感器的输出计算
图
1称重传感器电路简图
称重传感器的输出计算
1是一个不含温度补偿电阻的称重传感器电路简图。四个电阻应变计呈现在
惠斯通电桥的桥臂上。请注意,应变方向相同的两个电阻应变计安装在电桥的相
对桥臂上,以保证电桥灵敏度*大。例如,电阻应变计
1和
3受拉伸应力,2和
4受压缩应力,那么这种安装的结果是当称重传感器承载后,增加了电桥从
B点
到
C点的*终电压输出。相反,当称重传感器由于温度影响而改变它的电阻时,
由于增加或减少相同的量,电桥的*终输出不会变化。这种电桥的构造由于温度
产生单一的*小输出值,而使称重传感器产生*大输出值。
如图
1所示,电桥输出
E0与输入
Ei之比为:
式中:Gf—应变计系数,由应变计制造商提供的非尺寸大小因素。
et—电桥上应变计的全部有效应变产生的总的应变输出。
变化公式(1),得到总应变:
通过这两个公式,便可以计算称重传感器的输出灵敏度
E0/Ei,如果给出了电桥
各桥臂的应变值,就可以计算出总的应变值
et。如果给出了所需要的电桥输出值,
要想确定电桥的总应变值
et,我们必须知道每个桥臂的应变值:
称重传感器的输出计算
式中:e1—应变计
1的单轴应变值(通常是称重传感器上*大*主要的应
变)。
e2、e3和
e4—应变计
2、3和
4上的单轴应变值。
称重传感器的输出计算
上述公式
et中的加号和减号是由其在电桥上的位置而决定的。如果应变计
1和
3
处于拉伸应力,使得电阻增加(或者相对于
C、B处得到一个正的输出),应变
计
2和
4处于压缩应力,使得电阻减小(或者是得到一个负的输出),则公式
为:
*后,由于电桥的位置,应变计电阻的变化
et的公式如下:
在全部称重传感器设计中,应变计
1、2、3和
4上的应变值存在着一个固定的
关系
N(电桥应变放大系数),则上式可以写为:
和
用公式(1)代替
et,结果是:
公式(2)变化为:
有三种应力被应用于称重传感器的设计中,即拉伸与压缩应力,弯曲应力和剪切
应力。
利用拉伸与压缩应力的称重传感器
利用拉伸应力与压缩应力的多为商业称重传感器,它是利用单一载荷产生的应
力,代替被称物体产生的应力。由于有较小的纵剖面设计,能为所给的受力状态
提供较大的输出。
在航空工业中,通常用圆柱形弹性体作称重传感器(处于拉伸应力或压缩应力的
圆柱)是比较方便的。*好是将圆柱的两端固定或设计成双球面,若是作不到这
一点,就把应变计粘贴在附加弯矩*小区域,那里的横截面存在有规律的变化,
并产生*小的弯曲应力。
称重传感器的输出计算
注意:
1、应变计
1、4和
2、3为单轴结构或
90°应变花,在圆筒
表面相隔
180°粘贴。
2、在载荷
P方向,应变计
1、3受拉伸,应变计
2、4受压缩。
图
2电阻应变计位置图
图
2是圆柱式称重传感器的一个例子,有关计算圆柱应力
S的传统公式如
下:
式中:P—轴向载荷。
A—圆柱横截面面积(图
2的
A-A部分)。
S—拉伸或压缩应力。
既然这是一个单轴向载荷的圆柱,就可应用虎克定律,其应力、应变可用如
下公式计算:
式中:Em—弹性模量。
e1—1号应变计的轴向应变值。
圆柱式称重传感器电桥的输出应由公式(5)计算。
既然圆柱的尺寸大小是固定的,正如下面例子所给出的:假设一个额定载荷为
P=2500Ib(磅)的钢制弹性体,弹性模量
Em=10.6×106psi(磅/英寸
2),圆
筒的外径为
2.0英寸,内径为
1.75英寸。通过计算其横截面面积为
A=0.736
英寸
2。
为通过公式(
3)和(
4)确定
N,e1=e3,e2=e4=μe1,式中μ为泊松比。代入公
式(3)和(4),其结果为:
N=1+μ+1+μ=2(1+μ)
由于钢的μ值为
0.32,所以
N=2.64。
利用公式(7)计算应力,即
通过公式(8)确定应变计
1的应变值,即
通常写为
e1=320microinches/inch(微英寸/英寸)。
如果应变计灵敏系数(由制造商提供)为
2.0,代入公式(5)中,计算结果如
下:
这说明如果给电桥施加
Ei=10V激励电压,一个
2500磅的载荷施加在称重传感
器上时,输出的变化应为
E0=4.22mv。一个典型的商用称重传感器的额定输出
为从2.00到3.00mv/v或从20到
30mv(施加
10v激励电压时),所以
0.422mv/v
是一个较低的输出。
若要增大这个例子中圆筒式称重传感器的输出,我们可以作很多工作。
(A)为求所需要的横截面面积
A,假定计算灵敏度为
2.0mv/v,就必须选择能
形成这一面积的外径。可在圆柱弹性体表面粘贴应变计并使其受载进行验证,直
到得出满足要求的直径为止。如果这种方法不行,可以试验下一个方法。
(B)电桥输出电压
E0与输入电压
Ei成正比,输入电压受材料,电桥电阻,应
变计尺寸等限制(见参考文献
[3])。假定施加在电桥上的*大推荐电压为
10V,
要想应用更高的电压,可通过加大电桥电阻的方法,即采用更大电阻的应变计。
图
2展示的
4个应变计,其中两个应变计在
0°位置上(或粘贴一个
90°的应变
花),另两个应变计在
180°位置上(或粘贴第
2个应变花)。应用
8个应变计
的电桥,在圆柱表面沿
0°,90°,180°和
270°粘贴
90°的应变花,电桥各臂电
阻会增大一倍。这时输入电压可增大,但是由于推荐应用于电桥的电压与电阻的
平方根成比例,所以这只能增加输出值的
1.41倍。另外,如果应变计的栅长和
栅宽分别由
1/8英寸增大到
1/4英寸时,应变计的面积便增加了
4倍,而输出
增加一倍。现在总输出增加了(
1.41×2)或
2.82倍,电桥电压会增加到
28.2V,
输出由
11.9mv取代了
4.22mv。称重传感器的输出计算
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- 2006-11-19 08:04:57
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