NSE2001压电应变传感器-芯明天

压电纳米定位

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压电应变传感器是用于测量动态表面形变的传感器。该传感器配备电子器件及连接器类型为10-32UNF。

介绍

什么是应变？

被测量的物理被测量是应变ε的相对量度，被定义为负载下机械的一部分的长度变化量除以原始长度l0。

应变定义公式

如果尺寸增加，那么就称为正应变（或拉伸应变），否则称为负应变（或压缩应变）。被测量ε是无量纲的，即没有单位的物理量。国际单位制中应变ε作为一个相对量度，它的单位为米/米，[m/m]。我们使用με作为相对应变的单位，1με = 1微应变 = 10^-6m/m = 1μm/m。

正向应变-剪切应变

任何部件在纵向上被拉伸或被压缩都会经历横向的应变。剪切应变通常约为另一方向正向应变的30%。例如，如果部件是在纵向被压缩，在横向它是被拉伸的。取决于应用，可以利用这种效应，来进行相应地测量剪切应变，代替测量正向应变。

使用应变传感器的原因

应变传感器主要用于测量一个结构表面的形变。然而，在施加力的整个过程，机械的承载结构会受到比所需要的力大或小的拉力或压缩力应变，应变传感器可以同样有效地进行间接测量动态和准静态力。

与直接力的测量相比，使用应变间接测量的敏感度会低一些，但在大多数情况下，力与应变的关系是线性的，有效满足准确测量和监控。另外，利用应变进行间接测量时，力的分流可接近99%，而直接测量时，力的分流约小于10%。

特点

●高的测量敏感度，且允许在坚硬的结构上或涉及小的力的情况下进行应变测量。

●加速度灵敏度低，也适用于移动部件的测量。

●轻松安装，只需一个M6内六角螺钉。

●对称的拉伸和压缩应变测量范围等。

应用

●中间力的过程监测，如压装、卷边、压焊、键合、冲压、精密冲裁、深冲压、压花等。

●在压力机施加较大力的过程监测，如用于锻造和车身的生产等。

●机床监控等。

结构组成

压电应变传感器结构图

A、机械结构，用于循环地被拉伸或被压缩。

B、应变发送的两个接触脚（黄色区域）通过摩擦将结构的应变传送给传感器的主体及压电元件，以测量剪切力。

C、压电测量元件，产生与施加的剪切力成比例的电荷。

D、传感器外壳或主体，类似弹簧，将应变转化为比例的力。

原理

为了使机械结构的应变能够通过摩擦传送到应变传感器，接触脚必须通过预紧力压到结构的表面，预紧力与承载面垂直。

芯明天应变传感器可使用一个M6螺钉通过壳体预紧到承载面（接触脚）。随着长度的变化，形成机械设备结构材料的应变作用于传感器结构的表面。应变传感器稳固地连接到机械结构的表面，两个接触脚间的距离随着应变而变化。这种距离的变化由传感器主体拾起，并转换成与应变成比例的剪切力，作用于压电测量元件。

压电应变传感器应变与电荷关系图

芯明天应变传感器被设计为结构拉伸时在传感输出端产生正电荷，当压缩时，信号极性发生变化，即为负电荷。

加速度补偿

芯明天应变传感器的特殊设计，连接了两个压电剪切测量元件，使它对于纵向的加速度（及合力）不敏感。如果两个压电元件在同一剪切方向受力，将产生两个相反极性的电荷，由于并联，两种电荷相互补偿。通常表面材料的拉伸或压缩将在两个相反的方向作用于压电元件，它们会产生同极性的等量的电荷。并联使得两种电荷被加在一起，因此它具有高的灵敏度。

尺寸图

压电应变传感器尺寸图

NSE2001压电应变传感器技术参数

参数	下限	典型值	上限	单位
测量参数	在较长轴的方向的形变
敏感度		40		mV/µε 室温下+20%/-10%
极性	施加张力时为正压
低频下限		0.01		Hz
谐振频率		14.7		kHz
动态范围	100			µε
连接器	同轴 10-32 UNF
电源电流	2	4	20	mA
DC偏置电压	8	12	14	V
DC偏置稳定		60		s
安装螺纹	M6 x 20, 锥形头
安装扭矩	3	5	10	Nm
工作温度范围	-40		+85	℃