三向六分力动态传感器标定方法的现状和探究(一)

2020-02-29  来自: 溧阳市伟涵仪器厂 浏览次数:293

0前言

   自从2010年起,因作振动台模型抗震项目测试的需要,同济大学专门从日本进口了捌只小型三向力传感器,作为项目应急所用,满足了当时科研测试项目中对三向力测试分析的急需,随着科研项目对测试要求功能多样、三向力值大小和安装固定方式各不相同等等因素,再加上从国外订购产品周期太长,维修困难,且又价格十分昻贵,如仅仅依靠进口三向力传感器产品,则不能满足各项科研项目,对三向力传感器越来越迫切的需求,从而广大科技人员提出了国产化的要求,接着在同济大学有关老师和科技人员共同努力下,针对从日本引进的三向力传感器型式名为ESM-100KN仕样書的3分力检出器说明书及成品(实物),作了认真的研究和分析,在吸收消化的基础上,进行了受力机理分析到初步设计定型,根据委托方提出对三向力传感器的要求,从量程范围大小、弹性体材料选用、外形尺寸及安装、敏感材料的选用等等,提出了设计图纸,并由江苏省溧阳市超源仪器厂(原溧阳市力源电子设备厂),负责共同研制和具体加工制造、粘贴传感器用低蠕变自补偿金属箔式电阻应变计(敏感元件)、组桥和引出线等工艺要求和最后进行产品出厂标定,直至成品提供用给户实际使用,自从2010年以来已生产出多种规格型号、不同量程和尺寸大小的产品数十个批次,因为试制产品主要技术性能与国外产品相似,又可满足用户的不同安装要求、体积小巧并经过对弹性体截面面积的局部调整工艺来提高了输出灵敏系数等要求,又加上供货及时,超好的性价比,从而受到了不同用户的欢迎和支持,从而初步满足了科技人员对三向力传感器产品的急需。


1、三向六分力动态传感器的结构组成及主要技术指标

   1-1 三向六分力动态传感器的主要结构组成如下图1所示

YBY型三向力传感器结构,主要由下述几个部分组成。


动态传感器


  图中,  1  传感器弹性体        2  敏感元件(内部)   3  三向引出导线     

   4 受力方向标识         上下连接板             6 金属外壳保护罩

 

          图 1  YBY型三向力传感器结构组成示意图

Fig. 1 schematic diagram of the structure of YBY type three direction force sensor

动态传感器

用户可从出厂标定记录表上给出的产品准确度级别、输出灵敏系数S(mv/v)等结果,可供方便查找和使用!

3 、三向力传感器复合标定应用实例

同济大学嘉定校区,采用他们现有设备条件,进行了对由溧阳市超源仪器厂定制的三向力传感器,进行了水平加载验收工作,通过对比试验,发现三向力传感器标定受复合受力状态的影响,即当三向力传感器受到不同弯矩作用时,传感器的两个水平力(剪力)输出灵敏度系数差异较大。

   图3.所示为传感器标定示意图,图中,三向力传感器串联一个悬臂梁,通过液压千斤顶在悬臂梁不同位置施加力,加力点至传感器上连接板顶表面距离为D+30,其中30mm指悬臂梁与传感器连接钢板厚度。


动态传感器动态传感器 


动态传感器动态传感器


从图4、图5标定结果可以看出,当D=1.3cm,即加力点至传感器顶面距离为4.3cm时,对应水平力的灵敏度系数为0.1571KN/mv;当D=11cm,即加力点至传感器顶面距离为14cm时,对应水平力的灵敏度系数为0.0784KN/mv。从标定结果可以看出,三向力传感器剪力灵敏度系数受弯矩影响,即加力点力臂不同时,传感器的两个水平力(剪力)输出灵敏度系数差异较大,但当加力点确定后,传感器灵敏度系数线性度很好,可以满足使用要求。


对三向六分力传感器标定方法的探索和研究

4-1常规对三向力传感器作产品出厂标定方法

  因目前国內尚未建立可供三向六分力传感器国家相应的规范或规程,对于生产厂家来讲,只能在主向受力而其余二向为自由状态下的标定结果,如表1 YBY型三向力传感器标定记录表所示,对于生产厂家来讲,只能提供如上所述的在自由状态下的标定结果作为产品出厂标定依据

 

4-2 对三向力传感器复合标定的探索和研究

4-2-1 必需具有双向力加缷载装置,一般来讲垂向加载设备机架刚度要大,空间尺寸能容下三向力传感器大体积,水平向可自由装配且同时可同时固定在压力机底部,并由专用刚性侧板固定液压装置连带高灵敏测力传感器底部,可给被标定三向力传感器一个已知的标准的水平力值,作为超源仪器厂,可根据现厂已有的3000KN液压试验机,另加定制的可供水平加载的装置,具体将专门作设计和加工,好兼顾可供不同尺寸的三向力传感器,作二个方向复合力标定用的加载装置

4-2-2  必须具有准确度级别在0.2级以上的测力电子秤量仪和多通道应变测试分析系统(含专用分析软件),可供力值计量和三向力传感器标定数值测试用。


5 三向六分力动态传感器标定的建议

三向力传感器的标定是一个大难题,尤其是三向六分力动态传感器的标定更是一个特大难题,高等学校老师和科研院所广大科技人员选用三向六分力传感器,一般是用在地震模拟台上测试节点或支座和汽車测试的三向(六分)力传感器的的动态振动力,但是目前国内尚无有关国家计量规范作为依据,对于生产三向六分力传感器厂家,一般不具备此种标定条件,至于对动态力目前一般仅对于三向力传感器作刚度和自振频率的理论故算,因此对三向力传感器并沒有进行在动态受载状态下的动态力值的直接标定技术条件,对于这点呼吁已经或今后还将要使用三向力传感器作为动态力测试的院校或科研单位老师、学者、专家和厂家携手共同努力,尤其是国家计量院所,提出有关三向六分力动态传感器标定立项,建立起厂丶所丶校合作,共同参编出新规范或规程,把这一标定缺项加以填补并不断加以完善,以满足广大教学丶科研和生产需要的科技新产品有规范可执行,以确保三向(六分)动态力传感器产品质量,为我国结构抗震和汽車测试髙新科技发展技术水平而共同努力,相信这一共同愿望一 定会实现!



参考文献

[1] ESM-100KN的3分力传感器说明书,日本平成21年11月.

[2] YBY型三向力传感器说明书Z,溧阳市超源仪器厂,2010.04.

[3] 江苏省溧阳市超源仪器厂产品措南Z溧阳市超源仪器厂,2016.04.

[4] 江苏省溧阳市伟涵仪器厂产品措南Z溧阳市伟涵仪器厂,2018.06.



 


 









关键词: 动态传感器   传感器        

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