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应用于工业和医疗设备中进行应变测量的传感器介绍

电子设计 ? 2019-03-20 08:11 ? 次阅读

电子力传感器有各种形式和尺寸可供选择,从小型单个应变计到精密设计的称重传感器。了解操作原理和可能的错误来源有助于选择和安装,以确保从实验室实验和结构监控到批量称重,车辆安全,机器人和医疗设备等应用的准确测量和长期可靠性。

应变计:力测量的基本构建块

应变计可以是导线或蚀刻金属导体,布置成在受到拉伸或压缩时表现出可测量的电阻变化。当压力表牢固地固定在材料或结构上时,可以通过监测其电气响应来检测所施加的任何机械力的大小。

应变计可以用作分立元件,并且有多种形式可供选择适用于实验室用途,设计机械部件或监测结构以提高性能或安全性的类型。当被监测样品连接时,仪表的特性及其方向对测量精度有重要影响。

应用于工业和医疗设备中进行应变测量的传感器介绍

图1:通用蚀刻金属箔应变计。

现成的离散应变计可能包含金属箔,经过光刻蚀以产生合适的方向应变敏感图案并安装在聚酰亚胺或增强环氧树脂载体,如图1所示。金属合金的类型对仪表的性能有重要影响。康斯坦丁,有时称为A合金,具有高应变灵敏度和高电阻率等特性,可实现小尺寸的传感器。通过在宽的应变水平和温度范围内表现出相对低的电阻温度系数和稳定的机械性能,康铜通常是用于通用仪表的优选合金。康铜的另一个重要优点是可以加工合金以达到特定的自温补偿值(STC),以匹配各种测试材料的热膨胀系数。

CEA系列康铜MIcro-Measurements(VISHAY Precision Group的一个部门)的通用应变计包括各种型号,如CEA-06-125UN-350,其STC编号为06,标称电阻为350Ω。 CEA系列压力表的正常静态工作温度范围为-75°C至175°C,而对于需要更宽温度范围的应用,LWK系列镍铬或K合金压力表,如LWK-06-W250B- 350可在-195°C至260°C的温度范围内工作。

背衬材料和附件类型也是量规选择的重要标准。通常使用环氧粘合剂将聚酰亚胺或环氧树脂载体粘合到测试材料上。然而,在一些应用中,诸如高操作温度或不利环境或测试条件的因素阻止粘合剂的固化或计量器的夹紧可能驱使工程师使用可焊接的量规。微量测量LWK-06-W250B-350是一种可焊接的量规,预先粘接到薄金属载体上,并且已连接三根引线,可直接连接到仪表电缆。可以通过点焊将压力表粘合到清洁的金属测试样品上。

在为特定应用选择应变片时,测量尺寸是另一个需要考虑的重要参数。应变计自然倾向于整合在测量仪的整个长度上施加的力。由于工程师经常需要评估结构中零部件所经历的峰值应力,因此在峰值应力集中在一个小区域的区域应用过长的应变计会导致严重的不准确。另一方面,非常小的传感器可能不太稳定并且具有较低的最大允许伸长率。

定位和连接

CEA-06-125UN-350和LWK-06-W250B-350等应变计设计为对轴线作用力最敏感传感网格。因此,当传感器连接到测试样品时,传感器的方向是关键的,并且应该与待测量的力的方向对齐。如果方向未知,可以使用三向莲座型仪表。

由于施加力下的电阻变化非常小,桥式测量电路通常使用精度很高电压表,以确保准确的读数。图2所示的简单电桥电路容易受到仪表引线电阻引起的误差的影响。这些可以通过多种方式得到补偿。当第三根导线直接连接到电压表时,LWK系列测量仪的三线连接可将此误差减半,从而消除两根信号线之一的影响。另一种方法是将应变仪连接在桥的上臂和下臂中,具有相反的极性,以便感测相反方向的力。在这种布置中,两组引线电阻都被取消,同时系统的灵敏度加倍,从而可以实现更高的精度。

应用于工业和医疗设备中进行应变测量的传感器介绍

图2:基本用于监测应变仪输出的电桥电路。

用称重传感器设计

用于力测量的称重传感器是精确设计的系统,包含多个应变仪,配置为桥接,以确保准确和可重复的测量。应变计与精密设计的结构元件结合,该结构元件可以由钢,铝或铜合金制成。精确的设计和加工可在整个规定范围内确保可测量且可重复的偏转,其大小与施加的负载成比例。称重传感器可设计用于测量弯曲,剪切,压缩或扭转力,并可提供各种工作范围。

选择称重传感器时,工程师应注意指定的安全负载限制,并考虑操作负载范围。如果施加过大的过载,则称重传感器可能会永久损坏并在随后的使用中产生不可靠的结果。如果预期过载重量,则可能需要更高容量的称重传感器。同样,如果预计会出现明显的冲击或动态负载,则可能需要对称重传感器进行降容。

还需要特别注意设计合适的安装系统,同时牢记称重传感器是传感器,因此不应被视为坚实的支持。应注意避免横向力,偏心负载或振动等影响。如果系统中使用了多个称重传感器,可能需要特别小心以确保负载均匀分布,以避免各个称重传感器输出之间出现不必要的差异。

测量系统,从吨负载

称重传感器可用于各种应用。一个例子是安装在诸如卡车之类的车辆上的散装称重系统。 PM OnBoard,与Micro-Measurements一样,也是Vishay Precision Group的一个部门,生产一系列散装称重系统,包括安全导向系统和合法交易系统,允许按重量收取散装物料。装卸。用于重量为17至44吨的卡车的BulkWeigh 1300系统具有四个或更多个能够监控单个轴重的称重传感器,如图3所示,可以为驾驶员提供过载或不平衡负载的驾驶室内警告。/p>

应用于工业和医疗设备中进行应变测量的传感器介绍

图3:在工业车辆散装称重系统中使用称重传感器。

在极端的另一端, Measurement Specialties FC22系列等微型称重传感器有四种标准测量范围,从0-10到0-100 lbf,并有两个径向安装孔,间距为34 mm。这些称重传感器适用于机器人末端执行器等设备,以帮助控制机器人在各种过程中施加的力或监控任何拾取物体的重量。小型称重传感器(如FC22)也可用于医疗设备,如控制注射器输液泵的线性力,以控制液体的剂量或输送。

FC22系列称重传感器采用MEMS应变计制造,可通过压电效应检测应变。 Measurement Specialties使用其专有的Microfused ?技术,通过与高温玻璃熔合将应变计粘合到不锈钢基板上。这消除了对年龄敏感的有机环氧树脂,并有助于最大限度地提高稳定性并延长使用寿命。该技术还有助于确保即使在低应变下也具有高灵敏度,以及卓越的分辨率和高超范围能力,而无需机械停止。 FC22的设计消除了与其他微型力传感器相关的疲劳机制,例如使用压力传感器的传感器。还内置了热补偿,消除了零点和量程中与温度相关的变化。

结论

应变计和称重传感器各自利用导体电性能的变化或施加力时的半导体,以测量机械负载。所有这些都是必须精心设计的精密仪器,以确保满意的性能。为了达到所需的精度,可靠性和使用寿命不仅对选择最佳组件很重要,而且对于定位,定位和固定以及电气连接也很重要。与往常一样,更好的理解会带来更好的结果。

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信息 LC717A10AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 ? 11次 阅读
LC717A10AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(例如增益),因此当应用推荐的开关模式时,LC717A00AR可以独立运行。此外,由于LC717A00AR具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 ? 13次 阅读
LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A10AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 ? 12次 阅读
LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(如增益),因此在应用推荐的开关模式时,LC717A00AJ可以独立运行。此外,由于LC717A00AJ具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 ? 11次 阅读
LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LB11683H 三相无传感器电机驱动器

信息 LB11683H是一款三相全波电流线性驱动无传感器电机驱动器。它采用无传感器控制系统,无需使用霍尔效应器件。为了实现更安静的运行,LB11683H具有电流软开关电路,是驱动冰箱等冷却风扇电机的理想选择。 电流线性驱动器 内置限流电路 输出级过饱和防止电路 线圈反电动势FG输出 内置热关断电路 节拍锁定防止电路 锁定保护电路 锁定检测输出
发表于 04-18 20:18 ? 13次 阅读
LB11683H 三相无传感器电机驱动器

LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

信息 LA0151CS是一种线性电流输出型照明(环境光)传感器,具有2级增益切换。 极小的封装(1.01 * 1.01 * 0.6 mm) 低功耗(1000 Lux时150uA) IR区无敏感 低增益模式功能(-35 dB)
发表于 04-18 20:17 ? 8次 阅读
LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 2次 阅读
QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 ? 20次 阅读
QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

QSD2030F 塑料硅光电传感器

信息QSD2030F PIN光电二极管 封装类型: T-1 3/4(5mm透镜尺寸) 宽接收角,40° 日光过滤器 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 高灵敏度 峰值敏感度l = 880nm
发表于 04-18 20:16 ? 15次 阅读
QSD2030F 塑料硅光电传感器

QRD1113 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:16 ? 19次 阅读
QRD1113 反射对象传感器

QRE1113 反射对象传感器

信息QRE1113 光电晶体管输出 无接触表面感测 微型封装 时尚设计: 鸥翼式 两种引脚形式选择: 通孔(QRE1113)SMT鸥翼式(QRE1113GR) 两种封装选择: 管状(QRE1113)卷带和卷盘(QRE1113GR)
发表于 04-18 20:16 ? 17次 阅读
QRE1113 反射对象传感器

QRD1114 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:15 ? 17次 阅读
QRD1114 反射对象传感器

XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

信息描述 XTR105 是一款带有两个精准电流源的单片 4-20mV,2 线制电流发送器。 它提供针对铂 RTD 温度传感器和桥、仪表放大器、和一个单集成电路上的电流输出电路的完整电流激励。多用途线性化电流提供一个对 RTD 的第二阶修正,通常可以实现一个 40:1 的线性改进。 仪器放大器增益可针对宽范围的温度或者压力测量进行配置。 整个电流发送器的总体未调整误差足够低以允许在未经调整的情况下用于很多应用。 这包括零输出电流漂移,和非线性。 XTR105 在环路电源电压上运行。特性 低未调整误差 两个精准电流源 线性化 2 线制或者 3 线制远程电阻温度检测器 (RTD) 操作 低偏移漂移 低输出电流噪声 高电源抑制 (PSR) 高共模抑制 (CMR) 宽电源电压...
发表于 04-18 20:10 ? 23次 阅读
XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

AC1361 CJC传感器

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 6B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of World
发表于 04-18 19:15 ? 18次 阅读
AC1361 CJC传感器

AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 3B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of WorldDownload a PDF copy of this user manual
发表于 04-18 19:15 ? 22次 阅读
AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件
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