加載和應變測量在工業(yè)和醫(yī)療保健

應變計：力測量的基本組成部分

應變計可以是金屬絲或蝕刻金屬導體，布置成當經(jīng)受拉伸或壓縮，以表現(xiàn)出電阻的可測量的變化。當壓力表牢固地附著的材料或結(jié)構(gòu)，施加任何機械力的大小可以通過監(jiān)測其電響應被感測。

應變計可以作為分立元件，并且可在各種適合的目的，如實驗室用類型，設計的機械部件，或監(jiān)測結(jié)構(gòu)性能或安全性。測量儀和其時附著到樣品取向的被監(jiān)視的特性對測量精度產(chǎn)生嚴重的影響。

通用的刻蝕的金屬箔應變儀的圖像

圖1：通用蝕刻金屬??箔應變計。

截止的，現(xiàn)成的離散應變儀可能包括金屬箔，這是光蝕刻以創(chuàng)建一個合適定向應變敏感圖案和安裝在一??聚酰亞胺或增強環(huán)氧樹脂載體，如示于圖1的類型金屬合金對軌距的特性的顯著影響。康銅，有時也被稱為A-合金，提供特性，如高應變的靈敏度，以及高電阻率，允許小尺寸的傳感器。通過也顯示出電阻和穩(wěn)定的機械性能的比較低的溫度系數(shù)在較大范圍內(nèi)的應變水平和溫度下進行，康銅通常為在通用計使用的優(yōu)選的合金?？点~的另一個重要優(yōu)點是，該合金可以加工實現(xiàn)自我溫度補償?shù)模⊿TC）的特定值，以匹配各種試驗材料的熱膨脹系數(shù)。

CEA系列康銅通用應變儀由微型測量（威世精密集團的一個部門）包括各種型號，如CEA-06-125UN-350，其中有06的STC號和350標稱阻值？正常的靜態(tài)工作溫度范圍對CEA系列計是-75℃至175℃，而對于需要更寬的溫度范圍內(nèi)LWK系列的鎳 - 鉻，或K-合金的應用，衡量如LWK-06-W250B- 350可以操作從-195℃至260℃。

背襯材料和附件的類型也可用于儀表選擇的重要標準。的聚酰亞胺或環(huán)氧樹脂載體通常結(jié)合到使用環(huán)氧樹脂粘合劑試驗材料。在一些應用中，然而，因素如高工作溫度或不利的環(huán)境或測試條件，以防止量規(guī)的粘合劑或夾持的固化可驅(qū)動工程師使用可焊接計。的微測定LWK-06-W250B-350是一種可焊接的軌距，其被供給預粘合到薄金屬載體并與已經(jīng)連接三根引線，允許直接連接到儀表電纜。測量儀可以被結(jié)合到由點焊一個清潔的金屬測試樣品。

軌距大小是一個給定的應用選擇一個應變儀時要考慮的另一重要的參數(shù)。應變計自然趨向于施加在測量儀的整個長度上的力結(jié)合。因為工程師常常需要評估峰值應力由一個組成部分中的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷，施加過長的應變計的區(qū)域中的峰值應力集中在很小的區(qū)域可引起顯著誤差。另一方面，非常小的傳感器可以是不太穩(wěn)定的，并具有較低的最大允許伸長。

定位和連接

應變計像CEA-06-125UN-350和LWK-06-W250B-350被設計為最敏感的行動符合傳感柵格的軸線的力。因此，傳感器的取向，當連接到測試樣品中，是非常關鍵的，并應與要被測量的力的方向相一致。如果方向是未知的，可以使用一個三方向蓮座型表。

因為根據(jù)所施加的力的電阻變化是很小的，一個橋式測量電路通常用一個精密電壓表，以保證精確的讀數(shù)。在圖2所示的簡單橋接電路易受錯誤由該量規(guī)引線的電阻而引起的。這些可以以多種方式進行補償。所述LWK系列規(guī)的三線連接可以減半當?shù)谌€被直接連接到所述電壓表，取消兩條信號線中的一個的作用這個錯誤。另一種方法是連接應變儀中的上和下橋臂，具有相反極性，從而以感測力方向相反。在該布置兩組引線電阻的被取消，而系統(tǒng)的靈敏度加倍，從而允許更大的精確度。

基本的電橋電路的圖像監(jiān)控應變計的輸出

圖2：用于監(jiān)控應變計輸出基本橋式電路。

與稱重傳感器設計

用測力稱重傳感器恰恰是包含配置為橋梁，以確保精確和可重復的測量多個應變計工程系統(tǒng)。應變片被結(jié)合到一個精密設計的結(jié)構(gòu)元件，其可以從一個鋼，鋁或銅合金制成。精密的設計和加工確保幅度正比于施加載荷的可測量和可重復的偏斜，在整個規(guī)定范圍。稱重傳感器可以被設計來測量彎曲，剪切，壓縮或扭轉(zhuǎn)力，并且可與多種的工作范圍。

當選擇一個稱重傳感器，工程師們要注意指定的安全負載限制，并考慮工作負載范圍內(nèi)。如果過大的過載被施加，所述力傳感器可以永久損壞，并產(chǎn)生在隨后的使用不可靠的結(jié)果。如果過載的重量預期，高容量的負載傳感器，可能需要。同樣，如果明顯的沖擊或動態(tài)加載預期，測力傳感器的降級可能是必要的。

細心注意，也需要設計一個合適的裝配系統(tǒng)，在考慮到該測力傳感器是一個傳感器，因此不應該被認為是固體支持物。應小心，以避免影響，如側(cè)向力，偏心載荷或振動。如果一個以上的負載傳感器被用于在一個系統(tǒng)中，特別小心，可能需要確保該載荷均勻分布，以避免從各個負載傳感器的輸出之間的不希望的差異。

測量系統(tǒng)，從噸到英鎊

稱重傳感器可用于多種應用。一個例子是在裝配到車輛，如卡車散裝稱重系統(tǒng)。 PM板載，其中，像微測量，也是威世精密集團的一個部門，生產(chǎn)一系列的散裝稱重系統(tǒng)，包括安全型系統(tǒng)和法律的貿(mào)易系統(tǒng)，使重量為散裝物料在點充電裝卸。所述BulkWeigh 1300系統(tǒng)的卡車稱量17?44噸有四個或更多的稱重傳感器，其能夠監(jiān)視各軸權(quán)重的，如圖3，可以提供駕駛員在駕駛室內(nèi)的警告過量或不平衡的負載。

稱重傳感器在工業(yè)車輛散裝稱重系統(tǒng)的圖像

圖3：在工業(yè)車輛散裝稱重系統(tǒng)使用稱重傳感器的。

在極端情況下，微型稱重傳感器，如測量專業(yè)FC22系列的另一端都可以用四個標準測量從0-10到0-100磅的范圍，并相距34毫米兩個徑向安裝孔。這些負載細胞是適于用在設備如機器人末端執(zhí)行，以幫助在各種處理控制由機器人所施加的力或監(jiān)測的任何的重量拾取的對象。小負載的細胞，如FC22，也可用于醫(yī)療器械如控制施加于注射器注入泵，以便控制劑量或流體傳遞線性力。

該FC22系列稱重傳感器采用MEMS應變儀，它通過壓電效應感知應變建成。 MEAS傳感器已采用其專有的微熔™技術，通過高溫熔化的玻璃粘接應變計為不銹鋼襯底。這消除有機環(huán)氧化物，其可以是年齡敏感，并有助于最大限度地提高穩(wěn)定性并延長工作壽命。這一技術也有助于確保高靈敏度，即使在低的菌株，以及優(yōu)良的分辨率和高超范圍能力，而不需要機械停止。的FC22的設計消除了與其他微型力傳感器，如使用壓力膠囊傳感器相關聯(lián)的疲勞機制。熱補償也是內(nèi)置的，從而消除與溫度相關的變化，零點和量程。

結(jié)論

應變計和稱重傳感器各采取改變在導體或半導體的電特性的優(yōu)點施加力時，以測量機械負荷。所有的都必須設計，精心，確保滿意的性能的精密儀器。為了達到所需的精度，可靠性和壽命是重要的，不僅選擇最佳組成，但也照顧與定位，定向和固定，以及電氣連接。與往常一樣，更多的理解帶來更好的結(jié)果。