称重传感器的应用 北京天宇恒创传感科技有限公司

一种环式拉压力传感器的原理解析

某环式拉压力传感器原理图

天平君偶然发现一张某环式拉压力传感器原理图。这显然是一种基于应变片的力传感器,由图可见弹性体产生变形,并在其表面产生应变。但一时却不知道这种结构的测量原理,于是就建立了一个简单模型来进行分析。桥路会采用4个应变片,两个被拉伸,另外两个被压缩。四个应变片被组成一个惠斯通电桥,通过一个激励电压来进行测量。当四个电阻不同时,也就是当应变片的由应变产生的电阻变化时,将产生一个输出电压。所以,从电桥原理上与应变天平没有太大区别,问题是这应该如何布置应变计?

按照图示,建立了3D实体模型。建模过程非常简单,通过草图N个圆,然后拉伸再进行布尔加/减运算,2分钟模型就建立好了。

将模型导入ANSYS WB,设置材料,划分网格。

固定外框,并在内框施加5000N载荷,求解。

结构受压力变形后与原理图所示一致。如果通过弯曲测量,那么这样的位置可能并不适于粘贴应变计,因为这个空间并不容易打磨,除非扩大空间。原理图上应该进行了大量简化,因为这种结构的粘贴操作是很难实现的,即使去掉中间的竖直圆桶也很难操作。因此可能是基于另一种测量方式。

最可能是通过最大主应力与最小主应力测量。这样,贴片表面可能与轴线平行,操作起来就会容易得多。

于是天平君稍微改造了一下:把中部的圆柱去掉,然后挖几个圆洞用于粘贴应变计。

得到了下面的结构与结果,看起来不错,第一主应变和第三主应变达到近300微应变。采用两片半桥片(通常用于测量Mx的那种)就可以组成全桥了。但这只是原理罢了,在这种曲面上贴片也许对于贴片人员来说是一种挑战!