力学传感器原理与应用

力系感測器原理與應用

一.力系感測器量測原理

二.力系感測器種類

荷重元﹑扭力感測器﹑壓力感測器

三.力系感測器信號處理﹑顯示方法

四.力系感測器校正方法

五.量測應用

一.力系感測器量測原理

A. 虎克定律

結構受力量﹑扭力﹑壓力產生變形

F=K．∆X T=J．∆θ F=P．A

力量彈性係數位移扭力扭轉剛性扭轉角度

F=K．L ．ε(應變,Strain,單位長度的變形)

＝＞力量與應變成正比關係

＝＞扭力與扭轉應變成正比關係

B. 應變的量測

R=ρ.L/A (R:電阻ρ:導電常數L:長度A:截面積)

電阻與導体長度成正比,與截面積成反比

小電阻

大電阻

當導体受力而伸長時,電阻即由小變大而且呈線性關係F=K．L ．ε=K．R.(A/ρ) ．ε

∆R/R=C ．ε (C:Gage Factor)

C.應變規的發展歷史

•l856 年，Lord Kelvin利用測試因水壓不同所致之金屬電阻變化值計算出海底埋設深度

•l878年及l883年Tomlinson ，以定量方式測試每單位電阻之電阻變化量（△R/R）

•1930年R.W Carlson將此原理應用於感測器,並公開發表並定名為Carlson型應變感測器

•1935年A.Block先生試探將電阻體以黏著劑直接黏在被測物體的表面上以量測應變

•1938 年Edward E. Simmons，發表利用金屬電阻線製造黏著型電阻線應變規

•同年,麻省理工學院（MIT）助教Arthur C.Ruge也研發同樣形狀黏著型應變規

•l939 年Baldwin公司由Tatnall擔任召集人Simmons 及其合作人Dr.

Donald S. Clark，Ruge及A.V. de Forest，四個專家大會合，決議以SR-4 為商品的名字來推廣於市場

•l950年Tatnall不願隨公司轉至麻州Waltham 市，留在費城轉至Badd 公司任職,繼續推廣應變規，Badd公司應變規部門後來獨立為M.M （Micro Measurement）公司

D.應變規範例

E.應變規電路(惠更斯電橋)

T:Tension R+∆R

C:Compression R-∆R

1. 單一應變規

E0 = 1/4．V EXC．∆R/R=1/4 ．V EXC ．C ．ε

2. 4片應變規

E0= V EXC．∆R/R= V EXC．C ．Ε C:Gage Factor

二.力系感測器種類

A.荷重元

LDB荷重元S荷重元B荷重元

LM荷重元LCH荷重元

LRM荷重元

B.扭力感測器

T型扭力感測器

RT 迴轉式扭力感測器

c.壓力感測器

PV壓力感測器

PVA壓力感測器

D.各類應用感測器

三.力系感測器信號處理顯示方法

顯示器功能方塊圖

四.力系感測器校正方法

A.實際物理量校正

對感測器施以實際物理量,量測輸出量標準荷重(kg) 讀值(mV/V)

1 0.1

2 0.2

3 0.3

！每個感測器產出必備校正工作

B.實際物理量校正設備

1. 質量: 法碼(準確度﹤0.01%)

2. 力量: 法碼(準確度﹤0.01%)

疊加機(拉壓力試驗機)

(準確度﹤0.05%)

槓桿機

(準確度﹤0.03%)

•3.扭力(Nt-m,kg f-m, kg f-cm,lb-ft,lb-in)法碼+扭力桿

(準確度﹥0.03%)

比對式扭力試驗機

(準確度﹥0.05%)

扭力扳手(準確度﹥1%)

•4.壓力(kgf/c㎡,Bar,mBar,psi)法碼+油壓校正器

(準確度≤0.03%)

比對式校正機(準確度﹥0.05%)

•五.量測應用

A.質量量測

地磅

•B.力量量測

•C.扭力量測

扭力式驗機

手動式扭力扳手校正機

手壓式扭力測試機氣槍扭力測試機

D.量測規劃注意事項

1.相關規範

質量量測規範0.1% 總秤量

試驗機規範1% (10%-100%量測範圍)

個別產業量測規範

量測精度需求

2.預留過載容量及使用壽命

通常感測器額定範圍≧2倍使用範圍

3.高速量測注意系統反應速度

選用較快速的顯示器或放大器

選用較高剛性的感測器

4.校正如何實施

年度校正: 實驗室校正; 機器上校正

例行性校正: 機器上校正

Memo