测力传感器-上海力恒传感（技术支持）

A 测力传感器的组成：
      测力传感器是由一个或多个能在受力后产生形变的弹性体和能感应这个形变量的电阻应变片组成的电桥电路， 以及能把电阻应变片固定粘贴在弹性体上并能传导应变量的粘合  剂和保护电子电路的密封胶等三大部分组成测力传感器。

工作原理：

      弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（mV电压），从而完成将外力变换为电信号的过程。

     下图为应变式测力传感器电路系统原理图:

术语解释：

灵  敏  度：加额定载荷或无载荷时，传感器输出信号的差值。单位用mV/V表示。

综合误差：依据OIML　R60，精度等级（国内一般为C3级，分度数3000），±%F.S额定输出。假设给定传感器供电 10V则满量程输出信号=灵敏度× 10毫伏数

重 复 性：在相同环境条件下，对传感器反复加载到额定载荷并卸载，在加载过程中同一负荷点上输出点的最大差值对额定输出的百分比。

滞      后：从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载，在同一载荷点上加载和卸载输出量的最大差值对额定输出值的百分比。

非  线 性：由空载荷的输出值和额定载荷时的输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对额定输出值的百分比。

蠕       变：在相同条件下，对传感器反复加载到额定载荷并卸载，在加载过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。

零点输出：又叫零点平衡，指在推荐电压激励下，未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。

温度补偿范围：传感器在此温度范围内使用其零点及输出均满足相应的技术指标。

工作温度范围：传感器在此温度范围内使用其任何性能参数均不会产生永久性有害变化。

零点输出温度系数：环境温度的变化引起的零平衡变化，一般以温度每变化10℃时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比表示。

额定输出温度系数：环境温度的变化引起的额定输出变化，一般以温度每变化10℃时，引起的额定输出变化量对额定输出的百分比表示。

输入电阻：信号输出端开路，传感器未加负荷时，从电源激励输入端测得的阻抗值。

输出电阻：电源激励输入端开路，传感器未加负荷时，从信号输出端测得的阻抗值。

绝缘电阻：传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。

安全过载：可以施加于传感器的最大负荷，此时传感器在性能特征上不会产生超出规定值的永久性漂移。

极限过载：可以施加于传感器，且不会造成传感器结构永久性损坏的最大负荷。

B 选型

一、传感器量程的选择(测力范围)

       3、传感器的精度：绝对精度、相对精度、使用要求精度等。

二、输出信号的选择

       1、传感器信号不处理输出是毫伏信号，为了匹配采集系统信号需要进行信号处理

              常规方法是对传感器信号进行AD运放成常规模拟量信号：0-5 V、0-10 V、4-20 mA 等

        2、配套相关的显示控制仪表，进行信号处理。

C  力传感器安装

近年来，力传感器已经达到了更高的技术层次，由于具备了更高的校准能力，传感器获得了更高的精度。一般来说，称重传感器无法在应用中进行标定，而力传感器则不然。为获得更好，更可靠的测量结果，最重要的是在实际使用中，尽可能达到校准安装条件，并且偏差范围要在技术要求范围内。
力传感器的 测量精度 很大程度依赖于 安装条件。不正确的安装条件将会对测量精度带来不利的影响，以及测量链的动态性能以及电磁场的敏感性等。

1、方向的影响

a. 力施加方向倾斜
"…力传感器上的力需要尽可能地施加在测量方向."
这种情况有很多原因。首先，一旦施加的力和力传感器测量方向不一致，将导致测量误差升高。力测量方向和施加的力存在一个夹角，而传感器一般来说是不测量侧向力的。

在案例中， 测量的力, Fin, 施加在传感器存在 角度 α。施加的力被分拆成分力 Fz 和 Fx. 而真正测量出的力小于实际施加的力。等式为:

Fz = Fin ⋅ cos(α)

因此测量的结果也由于 cos(α)因子，也会变小。

此外，在这些情况下，施加的侧向力，可以计算出

Fx = Fin ⋅ sin(α)

从以下列出了 5 度以内的测量误差:

1° = 0.015 %

2° = 0.06 %

3° = 0.14 %

4° = 0.24 %

5° = 0.38 %

2、侧向力，弯矩和扭矩的影响

a侧向力是 垂直于施加在测量方向的力。

这些侧向力一般是由于自身重量或是由于负载施加了一个角度产生的。并且会形成 弯矩（因为很少侧向力是作用在应变片的安装高度上的）。根据不同的侧向灵敏度，一个额外的误差会产生。 如果侧向力为 Fz  的10%，在测量方向向一般在 Fz 的1%以下。

b. 弯矩

主要角度误差可能会导致传感器损坏。

图中显示了所施加的力。传感器同样被加载了弯矩。在传感器水平安装时，自身的重量和安装附件将会产生弯矩，另外，偏心加载也会产生弯矩。

在这种情况下，扭矩 (在图中顺时针旋转 ) 将减轻左侧的负载，而右侧的负载将增大。旋转对称型力传感器 通过分布在四周的多个测量点对弯矩进行补偿，因此对弯矩非常 不敏感 。提醒注意的是，一个过大的弯矩损坏力传感器。

还请注意的是，弯矩往往伴随着侧向力一起出现，会给传感器带来额外的负载，如下图所示.

弯矩产生在左侧，因为内部重量产生了杠杆。杠杆的长度是重心到传感器的距离。弯矩是产生的力和杠杆的乘积。另外，作用在传感器上重力作为侧向力，这两个寄生负载都需要考虑在内。

c. 扭矩

对于拉压向力传感器的内螺纹 结构传感器安装过程中，非常重要的一点是必须采用合适的扭矩进行连接。请注意，锁定连接将不会有扭矩传递给传感器，但是不能超过 最大扭矩，因为一旦极限值超过的话，会损坏传感器。

工作过程中，扭矩大部分是通过传感器的几何体和应变片的安装位置来补偿的。

d. 扭矩，侧向力和弯矩的交互作用

极限负载 是和传感器的额定负载相关联的。传感器可能被一种寄生负载影响，也可能被多个寄生负载同时影响。如果同时作用，适用以下情况:

•        任何一个极限负载都会破坏传感器

•        如果多个同时影响，其总和不能超出 100 %。例如 : 50 % 允许扭矩，40 % 允许弯矩加上 10 % 允许侧向力。

3、拉压向力测量采用螺纹连接

对于拉向测量应用来说，凸接结构显然是不适合的。

一般来说，拉向力传感器的连接是通过螺纹结构完成。在顶部带有 外螺纹，底部带有 内螺纹或者在顶部和底部都配有内螺纹。

内螺纹 更为紧凑。外螺纹结构中，螺纹连接和应变片安装位置距离更远，对度量衡特性（如滞后）等有正面的影响。因此对于精度和重复性要求高的应用中，应该采用外螺纹。对于内螺纹来说，应该用作非关键侧。.

对于内螺纹:

对于螺栓连接的力传感器，必须通过螺母对传感器表面施加足够的压力，有两种不同的方法可以完成 :

a. 螺栓连接施加的力要大于操作时的最大力

•        在传感器两侧拧紧连接部件

•        施加的力要超过操作时最大的力(不要超过最大极限)

•        拧紧螺母，防止松动

对于所需的过载，见安装手册。

b. 采用合适的扭矩安装

•        拧上连接部件

•        按照安装手册上的扭矩要求拧紧，防止螺母松动

注意的是，所需的扭矩不能够通过传感器来传递，否则，传感器会受到损坏。

D 测力传感器的使用及维护

传感器的使用

为了实现测力目的，前期传感的选型尤其重要，需要配合好机械结构及电气电路，具体选型可以咨询我们销售工程师。传感器行业所标示的的精度等级通常基于理想状态下的测试数据，实际测量时，为了保证传感器的测试精度，对传感器的安装、机械结构的动作，传感器的校准，信号采集及处理方式都需要做好准备工作。

传感器使用注意重点

一、        传感器的校准

        1、校准信号必须准确，完成校准后，以此为基准信号去体测试力值

        2、传感器使用一段时间后必须再次进行校准（半年一次）

             如果精度要求非常高的的要求可以每次使用前都进行校准。

二、        环境的干扰

       1、机构的干扰：传感器错误安装，夹具摩擦力，机器震动。
       2、电路干扰：电磁干扰 （技术要求比较高的测力，应选择抗干扰强的产品）
         

三、测力本身

      1、传感器使用不能超过传感器自身极限荷载（包括不通电的情况，以及额外过冲力）

           小量程的传感器在调试设备过程中容易损坏。测试设备时由于系统控制不完善，机械

            行程不确定，工程师经验不足特别容易损坏传感器。

      2、特殊测力  例如：测力频率过高，测力时间不间断，此时传感器的前期选型及设计方案

           必须特殊考虑，错误选型直接导致传感器的使用寿命大大缩短。