金属薄带轧机设计开题报告(5)
(1)压电式力传感器
由物理学知，一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。即： 在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比;当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
图3.2 压电式力传感器
(2)圆柱式力传感器
圆柱式传感器是测力传感器应用较普遍的一种形式。它分为圆筒形和柱形两种。下图画出了传感器的结构示意图和外形。其结构是在圆筒或圆柱上按一定方式贴上应变计。圆筒或圆柱在外力F作用下产生的应变为 （c）
图3.3 圆柱式传感器(a)圆柱; (b)圆筒; (c)外形
一般将应变计对称地贴在应力均匀的圆柱表面的中间部分,如上图(a)所示,并连接成图(b)所示的桥路:T1和T3,T2和T4分别串联,放在相对臂内。当一方受拉时,则另一方受压。由此引起的电阻应变计阻值的变化大小相等符号相反,从而减小弯矩的影响。横向粘贴的应变计作为温度补偿片。电桥输出电压为
（3.1）
其中： （3.2）
由上式可知,横向粘贴的应变计既作为温度补偿,也起到提高灵敏度的作用。筒式结构可使分散在端面的载荷集中到筒的表面上来,改善了应力线分布;在筒壁上还能开孔,如下图所示,形成许多条应力线,从而与载荷在端面的分布无关,并可减少偏心载荷、非均布载荷的影响,使引起的误差更小。
图3.4 筒式传感器弹性体的不同剖面
筒式测力传感器是一种体积小、结构紧凑、构造简单的传感器。由于在实际测量中力F的作用点往往并不恰好落在弹性体的轴线上，力F的方向也有可能与该轴线不平行，这样会造成弹性体受到横向力作用而产生附加弯矩，从而造成测力误差。
（3）应变梁式传感器
应变梁式，悬臂梁是一端固定、一端自由的弹性敏感元件。它的特点是灵敏度比较高。所以多用于较小力的测量。例如，民用电子称中就多采用悬臂梁。当力F以如图所示的垂直方向作用于的铝质悬臂梁的末端时，梁的上表面产生拉应变，下表面产生压应变，上下表面的应变大小相等符号相反。粘贴在上下表面的应变片也随之拉伸和缩短。得到正负相间的电阻值的变化，接入桥路后，就能产生输出电压，通过其线性关系就可以得到位移量。
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