应变式KEYENCE压力传感器原理与结构

　　KEYENCE压力传感器的一种，在所有测力传感器中，应变式测力传感器应用最为广泛。它能应用于从极小到很大的动、静态力的测量，且测量精度高，其使用量约占测力传感器总量的90％左右。

　　KEYENCE压力传感器是由弹性敏感元件和贴在其上的应变片组成。应变式测力传感器首先把被测力转变成弹性元件的应变，再利用电阻应变效应测出应变，从而间接地测出力的大小。常见的弹性元件结构形式有柱式、筒式、环形、梁式、轮辐式、s形等。

　　KEYENCE压力传感器的布置和接桥方式，对于提高力传感器的灵敏度和消除有害因素的影响有很大关系。根据电桥的加减特性和弹性元件的受力性质，在贴片位置许可的情况下，可贴4或8片应变片，其位置应是弹性元件应变最大的地方。

　　柱式弹性元件通常都做成圆柱形和方柱形，用于测量较大的力。最大量程可达10MN。在载荷较小时（1～100kN），为便于粘贴应变片和减小由于载荷偏心或侧向分力引起的弯曲影响，同时为了提高灵敏度，多采用空心柱体。四个应变片粘贴的位置和方向应保证其中两片感受纵向应变，另外两片感受横向应变（因为纵向应变与横向应变是互为反向变化的），如上图（a）所示。

　　当被测力F沿柱体轴向作用在弹性体上时，其纵向应变和横向应变分别为

　　在实际测量中，被测力不可能正好沿着柱体的轴线作用，而总是与轴线成一微小的角度或微小的偏心，这就使得弹性柱体除了受纵向力作用外，还受到横向力和弯矩的作用，从而影响测量精度。

　　简单的柱式、筒式、梁式等弹性元件是根据正应力与载荷成正比的关系来测量的，它们存在着一些不易克服的缺点。为了进一步提高测力传感器性能和测量精度，要求测力传感器有抗偏心、抗侧向力和抗过载能力。20世纪70年代开始已成功地研制出切应测力传感器。　　

　　KEYENCE压力传感器由轮圈、轮轱、辐条和应变片组成。辐条成对且对称地连接轮圈和轮轱，当外力作用在轮轱上端面和轮轱下端面时，矩形辐条就产生平行四边形变形，KEYENCE压力传感器形成与外力成正比的切应变。此切应变能引起与中性轴成450方向的相互垂直的两个正负正应力，即由切应力引起的拉应力和压应力，通过测量拉应力或压应力值就可知切应力值的大小。因此，在轮辐式传感器中，把应变片贴到与切应力成450的位置上，使它感受的仍是拉伸和压缩应变，但该应变不是由弯距产生的，而主要是由剪切力产生的，此即这类传感器的基本工作原理。这类传感器的优点是抗过载能力强，能承受几倍于额定量程的过载。此外，其抗偏心、抗侧向力的能力也较强，精度在0.1％之内。下图是较常用的轮辐式切应测力传感器的结构简图。

　　KEYENCE压力传感器在工业设备上应用非常广泛，正确合理选用测力传感器既可以确保测量精度，又可以延长测力传感器的使用寿命。

　　一、根据实际压力选择合适的量程。如用气缸、液压缸、电动缸驱动，大致计算出驱动力的大小，以及可能产生的冲击力。在精度范围允许内，选大测力传感器量程，避免测力传感器过载损坏。

　　二、根据现场使用要求，选用的安装方式。如需要配合工装使用，可以选用拉压型的测力传感器，方便安装工装，也方便工装置零。如需测拉力，也得选用拉压式的测力传感器。如只测压力而且无需加装工装或压头，用纯压式的测力传感器即可。

　　三、根据现场安装空间大小选用合理的传感器尺寸。如空间安装狭小，可选用小尺寸的测力传感器，如安装空间没有要求，可以选用尺寸较大的传感器，以确保精度和测力传感器的一致性。

　　四、根据测量误差要求选择合适的测力传感器，如对测量误差要求高，可选用精度高的传感器，如S型的传感器、轮辐式的传感器也可以是梁式的称重传感器，这三种传感器精度高，重复性好、一致性也高。