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廣州南創(chuàng)廠家供稱重傳感器、壓力傳感器和位移等傳感器
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如何提高應(yīng)力測(cè)試的測(cè)量精度

稱重應(yīng)變片
   采用誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變技術(shù)已有幾十年歷史了。但是有多個(gè)因素會(huì)影響應(yīng)變測(cè)量。本文的主要目的是解釋應(yīng)力測(cè)量的 誤差來源,并闡述了如何在設(shè)計(jì)階段對(duì)測(cè)量的不確定性 進(jìn)行評(píng)估。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

測(cè)量鏈RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       為了便于理解,我們采用了單軸應(yīng)力測(cè)試作為示例。下圖顯示了測(cè)量信號(hào)的流程。圖中顯示了影響量以及對(duì)整個(gè)測(cè)量鏈的影響
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測(cè)量鏈RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

測(cè)量對(duì)象 (DUT)RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       當(dāng)被測(cè)物體被加載后,將在材料上產(chǎn)生應(yīng)力 σ,這將產(chǎn)生與 彈性模量成反比 的應(yīng)變。材料的表面應(yīng)變可以通過應(yīng)變片來進(jìn)行測(cè)量。
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測(cè)量對(duì)象公式RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

      彈性模量表現(xiàn)出不確定度(彈性模量容差)。通過對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的廣泛檢定,彈性模塊的容差高達(dá)4.5%。彈性模量還受到 溫度以及彈性模量溫度系數(shù) 的影響。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
      如果應(yīng)變片被黏貼到 凸出物體表面 (例如彎曲桿) ,測(cè)量柵絲的應(yīng)變將會(huì)大于物體表面的應(yīng)變。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
      黏貼 膠水的厚度 和應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)應(yīng)變產(chǎn)生微小影響。溫度的變化 ∆t 和材料膨脹溫度系數(shù) 會(huì)引起熱膨脹,其會(huì)對(duì) 零點(diǎn)有關(guān)的測(cè)量 產(chǎn)生顯著的影響。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
安裝RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
      理想情況下,測(cè)量柵絲的實(shí)際應(yīng)變?yōu)?
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       在實(shí)際的應(yīng)用中,盡管非常小心,排列和安裝錯(cuò)誤等也會(huì)發(fā)生。應(yīng)變片作為彈性部件會(huì)屈服于機(jī)械應(yīng)變,膠水的流體特性以及自發(fā)應(yīng)變負(fù)載后應(yīng)變片邊緣區(qū)域會(huì)產(chǎn)生 遲滯效應(yīng),因此會(huì)產(chǎn)生 輕微的蠕變。 (在傳感器制造過程中,通常通過調(diào)節(jié)橫向橋路來最小化)。在應(yīng)力測(cè)試過程中,盡管可以通過一些方式可以將蠕變最小化,但通常來說是沒有必要的。但對(duì)于彎曲表面安裝,應(yīng)變誤差會(huì)變大(見上文)。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       如果測(cè)量點(diǎn)沒有 充分防潮,膠水和應(yīng)變片基底會(huì)吸收水分,這將會(huì) 產(chǎn)生較大的誤差。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       含水量也影響測(cè)量值的穩(wěn)定性(見下文應(yīng)變傳感器:絕緣電阻)。尤其是零點(diǎn)有關(guān)的測(cè)量。測(cè)試工程師必須小心觀察和處理,以避免上述負(fù)面影響。并且,需要對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行必要地保護(hù),以確保正確的測(cè)量結(jié)果,尤其是與零點(diǎn)相關(guān)的測(cè)量。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       以上描述的所有現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變測(cè)量柵絲的應(yīng)變無法和材料應(yīng)變完全匹配。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
應(yīng)變片RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
       應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為測(cè)量柵絲的電阻變化,其正比于應(yīng)變。
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     應(yīng)變片RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

K 系數(shù)的容差和溫度靈敏度 是不確定性的主要因素。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
還應(yīng)該注意的是如果應(yīng)變不均勻分布,測(cè)量柵絲將被平均轉(zhuǎn)換為電阻變化。因此如果錯(cuò)誤的應(yīng)變片長度被選擇,測(cè)得的應(yīng)變可能會(huì)過大或過小。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
應(yīng)變片對(duì)溫度的響應(yīng)會(huì)影響零點(diǎn)。尤其是存在較大的溫差或是應(yīng)變片無法很好匹配材料的熱膨脹系數(shù)時(shí)。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
自加熱 (應(yīng)變片的功率轉(zhuǎn)換) 有著相似的結(jié)果, 因?yàn)檫@將導(dǎo)致材料和應(yīng)變片之間產(chǎn)生溫差。這也是為何現(xiàn)代測(cè)量放大器設(shè)置 非常低的激勵(lì)電壓 的原因。甚 至是非常小的橋路輸出電壓都會(huì)被放大器精確放大。同時(shí)需要指出的,非常薄的材料和散熱非常差的材料也會(huì)出現(xiàn)這種情況。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
頻繁變化的應(yīng)變,并且大振幅 (> 1500 µm/m)將會(huì)使測(cè)量柵絲產(chǎn)生疲勞,從而產(chǎn)生零漂。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
應(yīng)變片的橫向靈敏度是存在的,但不會(huì)產(chǎn)生大的誤差。在單軸應(yīng)力狀況下,通過對(duì) K 系數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢定,已經(jīng)將其考慮在內(nèi)了。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
對(duì)于應(yīng)變測(cè)量來說,線性誤差(最高可達(dá) 1000 µm/m)是可以忽略不計(jì)的。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
潮氣的滲透會(huì)降低絕緣電阻,其反過來會(huì)產(chǎn)生電阻分流連接到應(yīng)變片。通常體現(xiàn)為 測(cè)量值的不穩(wěn)定。低歐姆的應(yīng)變片對(duì)濕度和潮濕不敏感。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
測(cè)量放大器RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
到測(cè)量放大器的輸入量是應(yīng)變片電阻的變化。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
因?yàn)槠浞浅P?大約 1000 µm/m,K 系數(shù)為2,應(yīng)變電阻為 120 Ω,輸出僅有 0.24 Ω), 惠斯通電橋(四分之一橋)的其他三個(gè)電阻為固定電阻 (通常在測(cè)量放大器中)。全橋或半橋能夠降低測(cè)量不確定性,這里將不進(jìn)行討論。
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這里僅考慮的是四分之一橋路的應(yīng)變片。橋路的不平衡和電阻的相對(duì)變化采用以下方式描述:RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

測(cè)量放大器RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司

實(shí)際相關(guān)顯示了非常小的非線性,這將在下面更詳細(xì)描述。測(cè)量放大器為橋路提供供電電壓,放大橋路輸出電壓并產(chǎn)生測(cè)量值。RTb廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
這里沒有考慮由于由于 引線電阻,干擾,熱電電壓和測(cè)量電路自身引起的測(cè)量誤差。這些可以通過一些公知的技術(shù)來完全避免(多線制, 增強(qiáng)型 Kreuzer 電路, 屏蔽, 現(xiàn)代 TF 測(cè)量放大器)。
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