万能试验机的力值测量

作者:江苏天源    添加时间:2015/4/24 9:57:38    浏览量:

万能试验机的力值测量
通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量,最常用的测力传感器是应变片式传感器。
所谓应变片式传感器,就是由【应变片】、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、接线插座、加载件组成),能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感器国内外种类繁多,主要有筒状力传感器、轮辐式力传感器、S双连孔型传感器、十字梁式传感器等类型。
从材料力学上得知,在小变形条件下,一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比,也与弹性的变形成正比。以S型传感器为例,当传感器受到拉力P的作用时,由于弹性元件表面粘贴有应变片,因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例,故此将应变片接入测量电路中,即可通过测出其输出电压,从而测出力的大小。
对于传感器,一般采用差动全桥测量,即将所粘贴的应变片组成桥路,
R1、R2、R3、R4,实际为阻值相等的4片(或8片)应变片,即R1=R2=R3=R4,当传感器受到外力(拉力或压力)作用时,传感器弹性元件产生应变而使各电阻值发生变化,其变化值分别为△R1、△R2、△R3、△R4,结果原来平衡的电桥,现不平衡了,桥路就有电压输出,设△E
则△E=[R1R2/(R1+R2)2]△R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4)U
式中U为外电源供给桥路的电压
进一步简化有
△E=[R2/4R2](△R1/R-△R2/R+△R3/R-△R4/R)U
将△Ri/Ri=Kεi代上上式
则有 △E=[UK/4](ε1-ε2+ε3-ε4)
简单来说,外力P引起传感器内应变片的变形,导致电桥的不平衡,从而引起传感器输出电压的变化,我们通过测量输出电压的变化就可以知道力的大小了。
一般来说,传感器的输出信号都是非常微弱的,通常只有几个mV,如果我们直接对此信号进行测量,是非常困难的,并且不能满足高精度测量要求。因此必须通过放大器将此微弱信号放大,放大后的信号电压可达10V,此时的信号为模拟信号,这个模拟信号经过多路开关和A/D转换芯片转变为数字信号,然后进行数据处理,至此,力的测量告一段落。

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