應變(bian)式(shi)KEYENCE壓力(li)傳感器(qi)原(yuan)理與結構

　　KEYENCE壓力(li)(li)傳感器的(de)一種，在所有測(ce)(ce)力(li)(li)傳感器中(zhong)，應(ying)變式測(ce)(ce)力(li)(li)傳感器應(ying)用最為廣(guang)泛。它能應(ying)用于從(cong)極小到很(hen)大(da)的(de)動(dong)、靜態(tai)力(li)(li)的(de)測(ce)(ce)量(liang)，且(qie)測(ce)(ce)量(liang)精度(du)高，其使用量(liang)約占測(ce)(ce)力(li)(li)傳感器總量(liang)的(de)90％左右。

　　KEYENCE壓力傳感(gan)器是(shi)由彈(dan)(dan)性敏感(gan)元(yuan)件(jian)和(he)貼(tie)在其上的應(ying)變(bian)片組成。應(ying)變(bian)式(shi)測(ce)(ce)力傳感(gan)器首先把被測(ce)(ce)力轉變(bian)成彈(dan)(dan)性元(yuan)件(jian)的應(ying)變(bian)，再利(li)用電(dian)阻應(ying)變(bian)效應(ying)測(ce)(ce)出應(ying)變(bian)，從而間(jian)接地測(ce)(ce)出力的大小。常見的彈(dan)(dan)性元(yuan)件(jian)結構形式(shi)有柱(zhu)式(shi)、筒式(shi)、環形、梁式(shi)、輪輻式(shi)、s形等。

　　KEYENCE壓力(li)傳感(gan)器的(de)布置和接橋方式，對于提高力(li)傳感(gan)器的(de)靈敏度和消除有害因素的(de)影響有很大關(guan)系(xi)。根(gen)據電橋的(de)加減特性(xing)和彈(dan)性(xing)元(yuan)件的(de)受力(li)性(xing)質，在貼片位置許可的(de)情況下，可貼4或(huo)8片應變片，其位置應是彈(dan)性(xing)元(yuan)件應變最大的(de)地方。

　　柱(zhu)式彈性(xing)元(yuan)件通常(chang)都做成(cheng)圓柱(zhu)形和(he)方柱(zhu)形，用于(yu)測量較(jiao)大(da)的(de)(de)力(li)。最大(da)量程可達10MN。在載(zai)(zai)荷較(jiao)小時(shi)（1～100kN），為便于(yu)粘貼應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)片和(he)減小由于(yu)載(zai)(zai)荷偏心(xin)或側(ce)向(xiang)分力(li)引(yin)起的(de)(de)彎曲影(ying)響，同(tong)時(shi)為了提高靈敏(min)度，多采用空心(xin)柱(zhu)體。四個應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)片粘貼的(de)(de)位置和(he)方向(xiang)應(ying)(ying)保(bao)證其中兩片感受縱向(xiang)應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)，另外兩片感受橫(heng)向(xiang)應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)（因為縱向(xiang)應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)與橫(heng)向(xiang)應(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)是互為反向(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)），如上圖（a）所示。

　　當被(bei)測力F沿(yan)柱體軸向(xiang)作用在彈性體上時，其(qi)縱向(xiang)應變(bian)和橫向(xiang)應變(bian)分別為(wei)

　　在實際測量(liang)中，被測力(li)(li)不可能(neng)正好沿著柱體的軸(zhou)線(xian)作(zuo)用，而總是與(yu)軸(zhou)線(xian)成(cheng)一微(wei)(wei)小的角度或微(wei)(wei)小的偏心，這就使得彈性(xing)柱體除了受縱向力(li)(li)作(zuo)用外，還受到橫向力(li)(li)和(he)彎矩(ju)的作(zuo)用，從而影(ying)響測量(liang)精度。

　　簡(jian)單的柱式(shi)、筒式(shi)、梁式(shi)等彈性元件是根據(ju)正應力(li)與載荷成正比(bi)的關(guan)系來測(ce)(ce)(ce)量的，它們存在著一些不易克(ke)服的缺點。為(wei)了(le)進一步(bu)提高測(ce)(ce)(ce)力(li)傳感(gan)(gan)器性能(neng)和(he)測(ce)(ce)(ce)量精度，要求(qiu)測(ce)(ce)(ce)力(li)傳感(gan)(gan)器有抗偏(pian)心(xin)、抗側(ce)向力(li)和(he)抗過載能(neng)力(li)。20世紀70年代開(kai)始已成功(gong)地研制出切應測(ce)(ce)(ce)力(li)傳感(gan)(gan)器。　　

　　KEYENCE壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)由(you)輪圈、輪轱(gu)、輻(fu)(fu)條和(he)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變片組成(cheng)。輻(fu)(fu)條成(cheng)對且對稱地連接輪圈和(he)輪轱(gu)，當(dang)外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)作用在輪轱(gu)上端(duan)面和(he)輪轱(gu)下端(duan)面時，矩形輻(fu)(fu)條就產生平行(xing)四(si)邊形變形，KEYENCE壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)形成(cheng)與外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)成(cheng)正(zheng)比的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變。此(ci)(ci)切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變能(neng)(neng)引起(qi)與中性軸成(cheng)450方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互垂直的(de)(de)(de)(de)(de)兩個正(zheng)負(fu)正(zheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，即由(you)切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，通過(guo)(guo)測(ce)量拉應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)或壓(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)值就可知切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)值的(de)(de)(de)(de)(de)大小(xiao)。因此(ci)(ci)，在輪輻(fu)(fu)式傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)中，把應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變片貼到與切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)成(cheng)450的(de)(de)(de)(de)(de)位置上，使它感(gan)受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)仍是(shi)(shi)拉伸和(he)壓(ya)縮應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變，但該應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變不是(shi)(shi)由(you)彎距產生的(de)(de)(de)(de)(de)，而主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)由(you)剪(jian)切(qie)(qie)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)產生的(de)(de)(de)(de)(de)，此(ci)(ci)即這類傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)基本工作原理(li)。這類傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)優點是(shi)(shi)抗過(guo)(guo)載能(neng)(neng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)強，能(neng)(neng)承受(shou)幾倍于(yu)額定量程的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)載。此(ci)(ci)外，其(qi)抗偏(pian)心、抗側向(xiang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)也較強，精度(du)在0.1％之內。下圖是(shi)(shi)較常用的(de)(de)(de)(de)(de)輪輻(fu)(fu)式切(qie)(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)測(ce)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)結構簡圖。

　　KEYENCE壓力(li)傳感器(qi)在工(gong)業設備上應用非常廣泛，正確合(he)理(li)選用測力(li)傳感器(qi)既可以確保測量精度，又可以延長測力(li)傳感器(qi)的使用壽命。

　　一、根據實際壓(ya)力(li)(li)選(xuan)擇合適的量程。如用氣缸(gang)、液壓(ya)缸(gang)、電動缸(gang)驅(qu)動，大(da)致計算出(chu)驅(qu)動力(li)(li)的大(da)小，以及(ji)可能產(chan)生(sheng)的沖擊(ji)力(li)(li)。在(zai)精度(du)范圍允許(xu)內，選(xuan)大(da)測力(li)(li)傳感器量程，避免測力(li)(li)傳感器過載損壞。

　　二、根據現場使(shi)用(yong)要(yao)求，選(xuan)(xuan)用(yong)的(de)安裝(zhuang)(zhuang)方(fang)式。如需要(yao)配合工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)使(shi)用(yong)，可以(yi)選(xuan)(xuan)用(yong)拉壓(ya)型的(de)測(ce)(ce)力(li)(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)，方(fang)便(bian)安裝(zhuang)(zhuang)工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)，也(ye)方(fang)便(bian)工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)置零。如需測(ce)(ce)拉力(li)(li)，也(ye)得選(xuan)(xuan)用(yong)拉壓(ya)式的(de)測(ce)(ce)力(li)(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。如只測(ce)(ce)壓(ya)力(li)(li)而且無需加(jia)裝(zhuang)(zhuang)工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)或壓(ya)頭(tou)，用(yong)純壓(ya)式的(de)測(ce)(ce)力(li)(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)即可。

　　三(san)、根據現場(chang)安裝(zhuang)空(kong)間大小(xiao)選用合理的(de)傳感(gan)器尺寸(cun)(cun)(cun)。如空(kong)間安裝(zhuang)狹小(xiao)，可(ke)選用小(xiao)尺寸(cun)(cun)(cun)的(de)測(ce)力傳感(gan)器，如安裝(zhuang)空(kong)間沒有要求，可(ke)以選用尺寸(cun)(cun)(cun)較大的(de)傳感(gan)器，以確保精度和(he)測(ce)力傳感(gan)器的(de)一致性。

　　四、根據測(ce)量誤差要(yao)求選(xuan)(xuan)擇(ze)合(he)適的(de)測(ce)力傳感器(qi)，如對測(ce)量誤差要(yao)求高(gao)，可選(xuan)(xuan)用精(jing)度(du)高(gao)的(de)傳感器(qi)，如S型的(de)傳感器(qi)、輪輻式的(de)傳感器(qi)也(ye)可以(yi)是梁式的(de)稱重(zhong)傳感器(qi)，這三種(zhong)傳感器(qi)精(jing)度(du)高(gao)，重(zhong)復(fu)性好、一致性也(ye)高(gao)。