置可以消除一些因素的影响,如弯矩、横力、温度等因素。测量电路考虑使用集成运放元件,因为它的综合性能比分立放大元件优良并且设计简便。机械结构设计部分动态性能分析由有限元分析软件辅助进行,电路仿真由EWB实现。
对应变式测力传感器的设计主要围绕以下几个方面:弹性体材料的选择、弹性体的结构设计、弹性体的加工工艺、应变片的选择、粘结剂的选择、应变片的粘贴、测量电路的设计。
f应变式测力传感器设计
131设计内容详述弹性体的变形与载荷的关系应该是线性的,或者说线性度非常高,并且每次的载
荷变形曲线重复性要好,材料的弹性滞后和蠕变应该比较小才好。作为弹性体材料应该还要具有高强度,高的弹性极限,高的冲击韧性,低并且稳定的弹性模量温度系数,热处理后应该要具有均匀的稳定组织,从而具有各向同性,弹性体的灵敏度便比较稳定。抗氧化、抗腐蚀也要考虑在内,这也关系到传感器工作的稳定性和可靠性。高弹性合金及恒弹性合金是常用的弹性合金。其中铜基合金较早开始使用,但它不能耐高温,耐腐蚀,所以后来逐渐被取代。高弹性合金的弹性模量受温度影响比较大,从而会产生较大的温度误差。于是,恒弹性合金作为弹性元件材料比较理想,在一定的温度范围中,它的弹性模量温度系数比较小。
其实弹性体的材料不可能同时满足所有的要求,只能具体情况下综合测量因素进行考虑选择。目前国内常用的弹性体材料是合金结构钢,像40Cr。在测量精度要求不高的地方也有使用45钢的。
弹性体的结构设计也要根据测量条件进行,确定载荷的分布形式,仔细分析,确定可以得到合适灵敏度,合适刚度,合适动态特性的结构。关键是在确定了弹性体的材料、结构之后怎么制造出来合乎使用要求的实物。对弹性体材料进行必要的热处理可以得到比较理想的弹性体,像40Cr具有良好的淬透性,可以得到良好的机械性能。为得到具有长久稳定性和高精度的传感器,消除机加工和热处理产生的残余内应力也很重要。主要有以下几种方法可以消除弹性体的残余内应力:时效、退火、反复加载、和机械振动、冷处理。时效包括长期自然时效和人工时效。退火温度高于回火温度,有较长的保温时间,会得到比较好的效果。在应变式传感器贴片后进行加载,可以完善传感器的特性。
应变片也称电阻应变计。应变片一般由敏感栅、引线和基底组成。应变片分为金属应变片和半导体应变片。金属应变片又分为体型和薄膜型。体型进一步分为丝式和箔式。应变片主要有以下优点:电阻变r