测力技术及典型应用场景

测力技术及典型应用场景

关键词：测力应用 测力传感器 测力控制仪表 压装机 万能试验机 拉力 压力 张力 平衡力 扭矩 夹持力 振动

        力在我们的世界上无处不在，对于我们的生产生活具有重大意义。人们很早就发现了力，并且去利用它去更好的推动生产生活的发展。可以说人类的生产力的发展史就是一部人类对于力学的认识发展的历史。不管是在认识力还是在利用力的过程中，人们都需要借助一些现象和工具。比如，力学史上的那个著名的“苹果”，让牛顿发现了重力；阿基米德嘴里的，给我一个支点，我可以撬动整的地球的伟大“杠杆”；让机智的曹冲在称出大象重量的“木船”。

       而现在随着科学技术的发展，尤其是电子技术的发展，使我们拥有了一种，更简单，更快捷，更精准的测力工具——应变计式测力传感器和仪表。由于力的多样性，使很多人在面对纷繁复杂的测力现场时，不知道该选用什么样的测力仪表和传感器，所以我们下面就来分析几种典型的测力场景所需要的仪表和传感器。

一、        压装应用

如下图，是最典型的应用场景。压装机，冲压机，折弯机等等。

（关于高精度压装应用，可以参看《高精度压装电气控制系统》）

        此类场景在生产线上应用比较多，我们以右图为例，进行分析说明。

        首先，利用气压（或液压等）推动气缸，在导向杆的约束下开始下降，当压头接触到工件时，压力沿着 压头传递到测力传感器，传感器将压力传感器的测量信号输送给测力控制仪表，测力仪表进行处理运算后将力值显示出来。

        其次，测力控制仪表将运算后的判断结果输出出来，并且通过通讯或是开关量控制plc等控制器去操作 执行部件做出对应动作或是保护。

        最后，测力控制仪表还可以将工件压装的力值数据，判断结果等信息通过高速总线或是SD卡等上传到服务器或是  上位机中，为以后的分析和追溯提供数据支持。

此时日本的UNIPULSE测力控制仪表的F381A/F372A/F377A/F388A绝对能够满足高速精准可靠的压装控制要求。

 

二、        拉/压力应用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          此类应用场景最典型的就是材料试验机，万能试验机等。

         通过对测试工件的拉伸或是压缩来施加力，通过观察测试工件的性状变化和所受力值的变化，来进行工作的。传感器将测量到的力值信号输入到测力控制仪表中，测力控制仪表将力值以数字或是波形的形式显示出来，使整个力值的变化趋势一目了然。

此种应用控制仪表典型型号为日本UNIPULSED的F381A/F372A/F377A/F388A/F340A/F325/F331。

 推荐德国AST的MTM高精度材料试验机，精湛的德国技术，带来强大的稳定性和高精度。

三、   平衡/张力应用

 

此类应用的典型就是薄膜、纸张、布匹类产品的拉伸或是滚卷类设备。

         此类场景是被测工件在输送过程中，通过对装有2个（1对）测力传感器的辊轮施加压力，然后通过对力值的变化趋势，来判断产品所受力或是的牵引速度是否合适。并且通过对比两个测力传感器所受力值的差异性，可知其运行的平衡状态情况。

 

推荐日本UNIPULSE的F350，无需两块仪表，一块控制仪表就能搞定。

 

四、   压力应用

 此类应用多见于对弹性管道中流体压力的测量和控制。

   当流体在流过管道时，会对管道的侧壁产生一定压力，此时安装于弹性管壁上的测力传感器会将这些压力转换成电信号发送给测力控制仪表，仪表根据压力值和设定值进行运算处理，通过对上级阀门等执行机构的控制，来实现对流体压力的监测、调节和报警。

 此类场景的常用型号有日本UNIPULSE的F350/F340A/F331/F325/F130

 

五、    回转体的形状检查

此类应用主要是针对一些高精度的回转体部件，对其表面的摩擦或是平整度的检查难点来的，传统的系统很难高效精准而又快速的对工件进行检测，并快速定位到不合格的位置。

         通过编码器给出位移信号，激光变位计给出回转体的平整度信号（扭矩传感器给出摩擦力信号），这两种信号经过仪表进行复合处理运算后，以波形的形式快速给出检测结果，如有不合格之处也可以迅速定位不合格的位置。

此类场景常用的仪表日本UNIPULSE的F381A/F377A和F388A

 

六、  其他测力场景

 

6-1. 扭矩力

 

此类场景主要是通过对旋转轴的扭矩的测量，主要用于对电机，发动机及旋转零件的实验等。具体的分析可以参考《扭矩测量系统的选型》。

此类仪表的推荐型号：日本UNIPULSE的TM301/TM500/TM200

 

6-2. 夹持力

 

 

 

对于一些对于夹持力有要求的场景，夹持力是需要进行检测的。比如说数控加工中心上所用的刀柄。由于刀柄的夹持力会随着磨损，老化等导致夹持力发生变化，这样轻则会带来加工精度上的损失，重则是刀具和工件的损失。所以良好的夹持力监测，既有利于加工精度的提高，也有利于将问题防范于未然提高系统的稳定性和效率。

典型应用仪表为日本unipulse的GRIP MASTER(UGM+GM400)。

 

6-3. 振动

 

对于一些对振动条件要求较高的场景，比如说高精度的机械加工等。典型型号日本unipulse的v100。

上面提到这几大类的测力应用场景几乎可以说覆盖了我们绝大数的测力应用场景。

 

七、 测力传感器

关于测力传感器的选型，和测力控制仪表相比更为多变复杂一些。 因为测力传感器的选型往往和机械的安装方式和工艺要求息息相关，我们要具体情况具体分析，不能一概而论。

举例：在压装机上经常会用的两种传感器形式：扭环式和轮辐式。

扭环式的优点是回零快，稳定性好，但是机械结构复杂。

轮辐式的优点是机械结构简单，受惯量等干扰量少，但是回零较钮环式慢。

扭环式的典型型号：日本尤尼帕斯（UNIPULSE）的UNBF系列传感器；德国AST的KAM-S系列；BAYKON的BF754系列等。

轮辐式的典型型号：德国AST的KAF-S系列；BAYKON的BY801系列等。

这里特别提一下，德国AST的KAF-S系列，是唯一一款能做到不锈钢材质的小量程（2KN以下）轮辐式传感器。其他品牌小量程（2KN以下）的轮辐式传感器，材质一般为铝。

八、 结语

 

力的表现形式是千变万化的，而我们的仪表和传感器的型号却是有限的，这个时候就需要发挥工程技术人员的经验和创造性了，将千变万化的力给梳理整合成我们常见的应用场景，毕竟万变不离其宗，最终使我们能够准确的检测到他们，并加以利用。

          欢迎大家来电，来信，交流合作。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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