Vilka material används i en spänningstrycksensor?

Spänningstrycksensorer är viktiga enheter som används i ett brett spektrum av industrier, från bil- och rymd till tillverkning och robotik. Dessa sensorer är utformade för att mäta kraften som utövas på ett objekt, vare sig det är en dragkraft (spänning) eller en pressande kraft (tryck). Som leverantör av spänningstrycksensorer frågas jag ofta om materialen som används i dessa sensorer. I det här blogginlägget kommer jag att diskutera de vanliga materialen som används i spänningstrycksensorer och deras egenskaper.

1. Strukturella material

De strukturella materialen i en spänningstrycksensor ger den fysiska ramen som har avkänningselement och andra komponenter på plats. De måste vara starka, styva och dimensionellt stabila för att säkerställa exakta och tillförlitliga mätningar.

Rostfritt stål

Rostfritt stål är ett av de mest använda materialen för bostäder och strukturella komponenter i spänningstrycksensorerna. Det erbjuder utmärkt korrosionsbeständighet, som är avgörande i miljöer där sensorn kan utsättas för fukt, kemikalier eller andra frätande ämnen. Rostfritt stål har också hög styrka och goda mekaniska egenskaper, vilket gör att det tål höga nivåer av spänning och tryck utan att deformeras. Till exempel, i marina applikationer, där sensorer utsätts för saltvatten garanterar rostfritt stål långvarig hållbarhet.

Aluminium

Aluminium är ett annat populärt val för strukturella delar. Det är lätt, vilket är en fördel i applikationer där vikt är ett problem, till exempel inom flyg- eller bärbar utrustning. Aluminium har också god värmeledningsförmåga, vilket hjälper till att sprida värme som genereras under sensorns drift. Det är emellertid inte så korrosion - resistent som rostfritt stål, så det kan behöva beläggas eller anodiseras för användning i hårda miljöer.

2. Avkänningselement

Avkänningselementen är hjärtat i en spänningstrycksensor, eftersom de omvandlar den mekaniska kraften till en elektrisk signal. Olika material används för olika typer av avkänningsmekanismer.

Töjmätare

Stammätare är de vanligaste avkänningselementen i spänningstrycksensorer. De är gjorda av en tunn metallfolie eller tråd, vanligtvis tillverkad av legeringar som konstantan (en koppar - nickellegering) eller karma (ett nickel - krom - aluminium - manganlegering). Dessa legeringar har en hög och stabil mätfaktor, vilket innebär att de uppvisar en betydande förändring i elektrisk resistens när de utsätts för belastning. När en kraft appliceras på sensorn deformeras den strukturella delen, och stammätarna som är fästa vid den deformeras också, vilket orsakar en förändring i deras motstånd. Denna förändring i motstånd mäts sedan och omvandlas till en signal som är proportionell mot den applicerade kraften.

Fördelen med att använda dessa legeringar är deras linearitet och stabilitet över ett brett spektrum av temperaturer. De kan exakt mäta små till stora krafter med hög precision. Till exempel, i industriella vägningsskalor, ger belastningsbaserade sensorer exakta viktmätningar.

Piezoelektriska material

Piezoelektriska material, såsom kvarts eller vissa keramik som blyzirkonat titanat (PZT), används i vissa högtrycksspänningstrycksensorer. Piezoelektriska material genererar en elektrisk laddning när de utsätts för mekanisk stress. Den här egenskapen gör dem lämpliga för att mäta dynamiska krafter, till exempel vid konsekvenstestning eller vibrationsövervakning. Piezoelektriska sensorer kan svara mycket snabbt på förändringar i kraft, vilket gör dem idealiska för applikationer där mätningar med hög hastighet krävs. De är emellertid inte lämpliga för att mäta statiska krafter under långa perioder eftersom den genererade laddningen gradvis läcker bort.

3. Elektriska komponenter

De elektriska komponenterna i en spänningstrycksensor inkluderar ledningar, kontakter och kretskort. Dessa komponenter är ansvariga för att överföra de elektriska signalerna från avkänningselementen till utgångsgränssnittet.

Koppar

Koppar är det mest använda materialet för elektriska ledningar i spänningstrycksensorer. Den har utmärkt elektrisk konduktivitet, vilket säkerställer minimal signalförlust under överföringen. Koppar är också relativt billig och lätt att arbeta med, vilket gör det till ett praktiskt val för massa producerade sensorer. Det kan emellertid oxidera över tid, vilket kan påverka dess konduktivitet. För att förhindra detta är koppartråden ofta belagda med tenn eller andra metaller.

Tryckta kretskort (PCB)

PCB är tillverkade av ett substratmaterial, vanligtvis glasfiber - förstärkt epoxiharts (FR - 4). FR - 4 är en bra isolator, som förhindrar elektrisk störning mellan olika komponenter på brädet. Ledande spår på PCB är gjorda av koppar, som förbinder de olika elektriska komponenterna, såsom töjningsmätare, signalkonditioneringskretsar och utgångskontakter.

4. Tätning och isolerande material

Tätning och isolerande material används för att skydda de inre komponenterna i sensorn från miljöfaktorer som damm, fukt och föroreningar.

Silikongummi

Silikongummi används vanligtvis för att täta sensorhuset. Det har utmärkt flexibilitet, god vidhäftning mot olika material och hög resistens mot temperatur och väderbildning. Silikongummi kan bilda en tät tätning, vilket förhindrar att fukt och damm ska inträffa i sensorn. Det kan också tåla ett brett spektrum av temperaturer, från - 50 ° C till 200 ° C, vilket gör det lämpligt för olika industriella och miljömässiga tillämpningar.

Epoxiharts

Epoxiharts används för inkapsling och isolerande känsliga komponenter, såsom töjningsmätare och elektroniska kretsar. Det ger mekaniskt skydd och elektrisk isolering. Epoxiharts har god kemisk resistens och kan formuleras för att ha olika egenskaper, såsom hög hårdhet eller flexibilitet, beroende på applikationskraven.

Olika typer av spänningstrycksensorer och deras materiella överväganden

Det finns flera typer av spänningstrycksensorer, var och en med sina egna specifika materialkrav.

Skruvspänningstryck sensor

Skruvspänningstrycksensorer är utformade för att installeras med skruvar. De strukturella delarna måste vara gjorda av material som tål de åtdragande krafterna under installationen. Rostfritt stål är ofta ett bra val för sensorns kropp, medan töjningsmätare av Constantan eller Karma används för korrekt kraftmätning.

Typ S spänningstrycksensor

Typ S -sensorer kännetecknas av deras S -formade design, vilket ger en hög känslighet för spänningskrafter. Den S -formade strukturen är vanligtvis tillverkad av aluminium eller rostfritt stål för dess styrka och flexibilitet. Avkänningselementen är återigen töjningsmätare för tillförlitlig kraft - till - signalomvandling.

Enda remskivans sensor

Enskilda remspänningsensorer används för att mäta spänningen i en kabel eller bälte som passerar över en remskiva. Remskivan är ofta tillverkad av ett hårt - bär material som härdad stål eller högstyrka plast. Sensorkroppen kan vara tillverkad av aluminium för dess lätta egenskap, och töjningsmätare används för att mäta spänningskrafterna.

Slutsats

Materialet som används i en spänningstrycksensor spelar en avgörande roll i dess prestanda, hållbarhet och lämplighet för olika applikationer. Från de strukturella materialen som ger stöd till de avkänningselement som upptäcker krafterna väljs varje material noggrant baserat på dess egenskaper. Som leverantör av spänningstrycksensorer förstår vi vikten av att använda material av hög kvalitet för att säkerställa tillförlitliga och exakta sensorer.

Om du har behov av spänningstrycksensorer för din specifika applikation, oavsett om det är inom industriell automatisering, biltestning eller något annat område, är vi här för att hjälpa till. Vi kan ge dig sensorer gjorda av de mest lämpliga materialen för att uppfylla dina krav. Kontakta oss för att starta en diskussion om dina upphandlingsbehov och hitta den perfekta spänningstrycksensorn för ditt projekt.

Referenser

1. "Force Measurement Handbook", redigerad av Peter H. Sydenham, John Wiley & Sons.
2. "Material Science and Engineering: An Introduction", av William D. Callister Jr. och David G. Rethwisch.
3. Tekniska datablad av olika spänningstrycksensortillverkare.