力和重量检测.ppt

2.7 电阻应变式力、重量检测方法应用举例 在各种力、重量检测系统中，电阻应变式力、重量检测方法应用最为普遍。例如，数控机床切削力检测、轧钢机轧制力检测、桥梁应力应变检测、建筑桩基应力应变检测、电子吊车称、电子料斗称、电子液罐称、电子皮带称等等，数不胜数，举不胜举。 1 纱线张力检测 2 装载机电子秤 铁路货场散堆装货物装载，目前有三种计量方法：用轨道衡和汽车衡直接检测、用划线法装车、用装载机电子秤称重。其中，轨道衡和汽车衡只能配置在部分装车点，如果所有的装车点都配置该类设备，不仅要增加基建投资，而且还要增加调车作业、延长车辆停留时间；采用划线装车的办法，最大的缺点就是在货物的密度发生变化时，容易造成超载或欠载；采用装载机电子秤称重计量，既可提高劳动生产率，又可监控装载过程，是一种较为理想的方法。 但是，目前使用的装载机电子秤，是通过测量举升臂油缸液压油载荷压力的变化，间接测量举升物的重量。由于装载机在作业过程中，司机对油门踏板的控制是不断变化的，使得发动机和油泵的转速随着变化，造成铲斗的举升速度也不断地变化，速度变化产生的作用力，造成测重仪表不能准确反映铲斗实际所装货物的重量。因此，经济适用、能够直接检测装载机铲斗受力的电阻应变式装载机电子秤应运而生。 电阻应变式装载机电子秤由传感器、高精度信号放大电路、高精度电源、A/D转换电路、计算机及称重软件组成，通过测量装载机铲斗所装物料产生应力的方法来达到称重的目的。 力测量传感器是一组安装在测量铲斗受力处的电阻应变式剪力测量传感器，安装于铲斗受力处。传感器受应力作用后，内部应变体发生形变，使传感器输出发生变化。在铲斗转臂举升至水平位置过程中，铲斗的各支点受力虽然不断变化，但所有支点受力的总和是不变的，即受力总和等于铲斗的自重加上物料的重量。 自动测量控制单元用于检测铲斗的位置、运动方向、速度，提供称重控制信号给信号处理电路。 信号处理电路用于处理力测量传感器、自动测量控制单元的各种电信号，并提供给嵌入式计算机。 嵌入式计算机用的是一种栈式总线计算机，由多个模块通过针与孔结构堆叠而成，形成的系统结构紧凑、抗冲击性能好，体积小、能耗低、工作性能稳定、开发能力强、扩展性能好，配合数据处理、管理软件，完成对传感器及控制信号的处理功能。 3 建筑构件载荷测定和建筑物健康检测 各种结构在运行中要承受各种外力的作用，工程上将这些外力称为载荷。载荷是进行强度和刚度计算的主要依据。 确定载荷有类比法、计算法和实测法。 利用电阻应变法测定载荷的方法应用比较普遍。 利用应变片、应变仪和指示记录器组成测量系统，进行载荷值的测量。先将应变片粘贴在弹性元件上，弹性元件受载变形后，应变片的电阻随之发生变化。经应变仪组成的测量电桥，使电阻值的变化转换成电压信号并加以放大，最后经指示器、记录器显示出与载荷成比例变化的曲线，通过标定就可以得到所需数据值的大小。这种方法现已广泛应用于各种构造物的荷载测定，如船闸、桥梁以及房屋建筑等领域。 大型、重要的土木工程结构，如桥梁、超高层建筑、电视塔、水坝、核电站、海洋采油平台等，其服役期长达几十年甚至上百年，在疲劳、腐蚀效应、材料老化等不利因素影响下，不可避免地产生损伤累积，甚至产生突发事故。 虽然一些事故发生前出现了漏洞、塌陷、开裂等征兆，但因缺乏报警监测系统，往往无法避免事故的发生。因此，对现存的重要结构和设施进行健康监测，评价其安全状况，修复、控制损伤，在新建结构和设施中增设长期的健康监测系统，已成为必需。 目前，钢筋砼结构的应变监测普遍采用电阻应变片，将之粘贴在结构表面或受力筋上后埋入砼内，对钢筋砼结构进行实时、在线的智能健康监测。 2.8 电阻应变式力传感器的选用与故障处理 1 电阻应变式力传感器的选用 （1） 电阻应变片的选用 1） 应变片结构形式的选择 根据应变测量的目的、被测试件的材料及其应力状态、测量精度，选择应变片的形式： ① 对于测试点应力状态是一维应力的结构，可以选用单轴应变片。 ② 已经知道主应力方向的二维应力结构，可以使用直角应变花，并使其中一条应变栅与主应力方向一致； ③ 如主应力方向未知，就必须使用三栅或四栅的应变花。 对于传感器设计来说，应变片的形式主要决定于弹性体的结构： ① 柱式、板环、双孔平行梁等弹性体，它们采样正应力或弯曲应力，所以应变片均采用单轴应变片。 ② 剪切桥式、轮辐式、剪切悬臂式、三梁剪切式弹性体，一般使用双轴应变片。 ③ 平膜片压力传感器多采用全桥圆形应变片。 2） 应变片尺寸的选择 选择应变片尺寸时，应考虑应力分布、动静态测量、弹性体应变区大小等因素： ①若材质均匀、应力梯度大，应选用栅长小的应变片； ②对材质不均匀、强度不等的材料，如混凝土或应力分布变化比较缓慢的构件，应