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扭矩傳感器上的應變計
應變計傳感器通常由于其靈敏度而成為非常有用的測量工具。應變計通常用作精密稱重傳感器中的傳感元件,精密稱重傳感器是可用的最精確的“負荷”測量儀器。
在耐創(chuàng)測試,我們在靜態(tài)扭矩傳感器產(chǎn)品中使用應變計,以確保準確測量旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩。使用應變計的另一個好處是,它們可以應用于任何軸,而無需對軸進行改造。但是,應變計到底是什么?它們?nèi)绾喂ぷ??要真正了解什么是應變計以及它的測量方法,首先必須對應變有一個清晰的定義,這一點很重要。
什么是應變?
當將外力(例如壓力,旋轉(zhuǎn)力,熱力等)施加到靜止物體上時,會產(chǎn)生應力和應變。應變是發(fā)生的物理位移和變形,而應力則定義為對象的內(nèi)部抵抗力。應變可以是正的(由于物體的伸長)或負的(由于物體的收縮而壓縮)。圖1顯示了一個力感應正應變的簡單示例。當力拉矩形塊時,它會變長。
圖1.正應變
什么是應變計?
應變計可測量給定物體上的應變量。在最基本的形式下,應變計將尺寸變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。機械應變與電阻的比率稱為應變系數(shù),并且特定于所使用的應變計的類型/批次。應變計可用于感知膨脹和收縮,并產(chǎn)生正或負信號以區(qū)分兩者。
應變計如何工作?
通常,應變計利用非常細的金屬絲或金屬箔以網(wǎng)格圖案布置。應變儀金屬柵的電阻與物體承受的應變量成正比,從而為操作員提供了清晰,準確的應變測量值,例如,物品被拉伸或扭曲了多少。
應變計有多種不同的形狀,尺寸和樣式,這取決于所測量的參數(shù)。為扭矩測量而設計的應變儀如下所示。
圖2.扭矩應變計的示例
應變計如何感測扭矩
設計用于扭矩測量的應變計使用惠斯通電橋模式,該模式是一個四元件電路,以菱形示意圖形式配置。
圖3.惠斯通電橋圖
將激勵電壓(Vex)施加到量具,并測量感測電壓(Vo)作為來自量具的輸出。隨著每個臂的電阻變化(由于感應應變),輸出電壓也會根據(jù)以下公式變化:
輸出電壓測量值(Vo)可以通過包括軸屬性的計算或自重校準與扭矩讀數(shù)相關(guān)聯(lián)。
在測量軸上的扭矩時,至關(guān)重要的是安裝扭矩模式應變計,以捕獲惠斯通電橋四個活動臂上的最大應變。正確安裝后,惠斯通電橋的兩個臂承受最大拉伸應變,而另兩個臂承受最大壓縮應變。來自應變測量的電阻值是用來得出上面計算出的電壓(最終是扭矩)值的值。
由于應變儀直接安裝在物體或試樣上,因此在測量旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩時,它們可以提供非常精確的實時結(jié)果。值得注意的是,應變計的安裝非常簡單,盡管對正確完成安裝的測量至關(guān)重要。