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测力传感器在工程机械中的地位将越来越高

时间:2021-08-24 点击次数:

力传感器是利用力敏感元件、转换元件和处理单元,将一个或多个力学量(张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等)转换成电信号输出的设备。

现在,力传感器已经广泛应用于现代科技和社会生产中。例如,测力传感器、扭矩传感器、多维力传感器等力学传感器广泛应用于工程机械、农业机械、高空作业车、工业机器人、特种车辆等高标准机械设备。


测力传感器在工程机械中的地位将越来越高(图1)


测力传感器作为工程机械中不可缺少的核心安全部件,是决定整个系统准确性和可靠性的关键基础部件,甚至是整个力控系统的心脏,其准确性、稳定性和可靠性直接影响测量系统的测量性能。

在这些因素中,通用力传感器中使用的敏感元件大多是应变片,它们作为电导体牢固地附着在基底上。当基底被拉伸时,应变片会变长。相反,当压缩时,应变片会缩短。结果,应变片电阻发生变化。这是应变测量原理,通过应变电阻的变化来确定应变大小。

四个应变片组成惠斯通电桥。由于应变片牢固粘附在弹性体上,应变片会产生与弹性体相同的变形,导致电阻发生变化。惠斯通电桥的输出信号将提供这些变形信息。这样,就可以计算出应变片中作用的力的大小。这就是力传感器的工作原理。

具体来说,力传感器可以将传感器与温度、压力、角度、加速度、振动等放大、运算等物理量集成在一起,使用户通过有线、无线、总线传输模式直接读取或使用力值等物理量值的变化,为高端机械设备的应用提供全面的安全保障。

以农业机械为例,近年来,黑龙江农垦系统引进的各种拖拉机都配备了不同类型的力传感器。在力调节、位调节和综合力调节方面,力传感器被直接监控和控制,充分展示了机器运行过程中的先进性和驾驶员操作的便利性。

简而言之,测力传感器可以将被测非电量转换成电量输出,主要由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。目前,在工程机械领域,广泛使用的测力传感器是电阻应变片测力传感器,简称电阻测力传感器。电阻应变片测力传感器内部,电路一般为桥式电路。电阻作为转换元件,电阻值的变化最终以信号的形式输出。

由于电阻测力传感器具有结构简单、线性和稳定性好、输出精度高的特点,在实践中越来越受到重视。它使用的敏感元件是弹性测试元件,主体是弹性体。其中,弹性体的结构形状和相关尺寸对测力传感器的性能影响很大。

测力传感器的主要用途是感知物体的重量、拉力、张力或扭力,并将信号传输给控制器,以便根据预设值设备响应后续动作。

比如安装在旋挖钻机上的销轴式力传感器就是一种测力传感器,其主要作用是保护钻杆触底,防止钢丝绳因卷扬过放而乱绳,加压过大而断绳。简单理解就是旋挖钻机打桩时,钻杆触底或打桩压力过大,测力传感器会将力值的变化反馈给控制器进行判断,从而控制钻机的卷扬、收放或停止钻机工作,防止安全事故和设备损坏。

如今,中国机械工业在世界上排名第一,但存在大而不强、自主创新能力弱、核心技术和关键零部件对外依存度高等问题。目前,中国的力传感器技术与国外技术仍有很大差距,欧美的微型和多维智能传感器水平远远超过中国。

就力传感器市场而言,力传感器行业整体需求规模小且多样化,目前国内高端力传感器企业品牌不多,而比较有实力的也是屈指可数的,太阳集团5493con是一个不错的测力传感器生产厂商,主要产品有称重、测力、压力、扭矩传感器等千余款产品。有适用于各种恶劣环境的高、中、低温传感器和高防护等级传感器。产品可广泛应用于航空航天、汽车制造、纺织、电子、油田、化工、机械加工、能源、环保、医疗、交通、建材等领域自动化工程的检测和过程控制。对于力传感器来说,未来发展前景广阔,微集成和智能将是力传感器未来的发展方向和趋势。

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