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基礎設施

美蓓亞三美的散熱風扇、桿端關節軸承、步進電機、滾珠軸承等產品在光伏逆變器、儲能變流器、基站天線、風力發電、監控攝像頭、鐵路車輛、充電樁等新型基礎設施建設領域有廣泛應用。步進電機實現了正確定位和精確的角度控制。針對風電、光伏、充電樁、儲能等多種場景,美蓓亞三美的NMB風扇提供防水防塵的散熱解決方案。桿端軸承和球面軸承作為關鍵的機構零件在高溫高濕環境下仍然表現著卓越的高可靠性和耐久性。

機器人

隨著產業升級,機器人的智能化研發面臨更多的挑戰。美蓓亞三美的散熱風扇、無刷直流電機、6軸力傳感器、鋰離子電池IC、滾珠軸承可應用于機器人手、AGV、工業機器人、教育機器人等領域,幫助實現機器人的智能化和高效化。

工業及商業

美蓓亞三美的微型滾珠軸承、電機產品、傳感器廣泛應用于各種工業設備和商業設備的控制定位、送風、搬運、旋轉裝置等部位。此外,電動工具中也大量使用了NMB微型滾珠軸承。

家電(dian)、消費電(dian)子(zi)及住(zhu)宅設備

消費者與智能家居、穿戴電子、家電、智能設備之間的聯系愈發緊密。美蓓亞三美為行業領先的消費電子和家電制造商提供優質的滾珠軸承、電機、鋰離子電池芯片、開關、線性馬達、相機馬達等零部件。

醫療健康

美蓓亞三美向醫療器械制造商、醫療保健設備生產商提供電機、傳感器、微型滾珠軸承等零部件,產品可應用于實驗室自動化、醫用泵、呼吸道護理、藥房自動化、成像和許多其他醫療設備應用中,為醫療保健設備制造提供品質穩定、可信賴的零部件。

交通工具

美蓓亞三美的桿端軸承、球面軸承和緊固件被大量使用于飛機、列車等交通工具中。 美蓓亞三美的飛機用桿端軸承和球面軸承在英國、美國、泰國和日本等地制造,是唯一一家能以高品質產品滿足歐洲、美洲和亞洲三個地區航空航天產品客戶高標準要求的制造商。

汽車

美蓓亞三美在過去的幾十年間致力于向各大整車廠、Tier1提供車規級可靠的零部件。 美蓓亞三美緊跟汽車制造業的設計創新和技術進步的步伐,助力汽車設計工程師們不斷地迎接汽車行業電動化、自動化、共享、互聯趨勢所帶來地新挑戰。
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1.6 應變片的技術解說

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1.6 應變片的技術解說

使用了應變片的傳感器用途廣泛,可對負載、壓力、扭矩、加速度等進行電氣測量、遠程指示、記錄、控制等。應用領域廣泛,可用于工業(機械、船舶、飛機、土木、建筑等的研究)、商業(秤)及家庭(體重計)。

本公司自1952年起開始制造應變片以來,作為應變片生產廠家,其量產技術已拓展到海外,制造質量穩定的應變片且供應能力超強。

應變片的特點/應變片各部分的名稱/應變片的原理/自動溫度補償的原理/應變片的測量/通過應變片進行測量的示例/應變率的補償/應變片的施加電壓/各種普通材料的物理性質
應變片的特點
應變片的材料和網格形狀的抗疲勞性優異,可用于要求穩定性的靜態應變測量和要求抗疲勞性的動態應變測量。
美蓓亞集團生產的所有應變片都已進行自動溫度補償,使用于其它多種熱膨脹系數的被測量物體,適用溫度范圍廣。

應變片檢查工序
應變片檢查工序
應變片各部分的名稱
應變片各部分的名稱
應變片的原理
金屬電阻伸縮后,其電阻值會發生變化。
應變片為利用該原理在約厚5μm的金屬電阻上印刷如上圖所示的圖形后再經蝕刻加工的產品。應變ε為ΔL除以L后的值,定義為式(1)。
此外,在與應變同時發生變化的電阻值R之間,式(2)成立。

應變片的原理

K稱為應變率,為表示應變片靈敏度的比例常數。該應變率因金屬電阻的材料而異,廣泛用于應變片的康銅(銅鎳合金)一般以2表示。

應變片的原理
自動溫度補償的原理
應變片已與被測量物體粘接時,應變片金屬電阻的線性膨脹系數(λg=15.5×10-6/℃)與被測量物體線性膨脹系數(例:鋁合金λa=23×10-6/℃)之間存在差值,因溫度變化導致表觀應變。鋁合金時,23-15.5=7.5×10-6/℃,因此,10℃時存在無法忽略的較大誤差(75×10-6)。自動溫度補償的原理為使該誤差與生成應變片的金屬電阻的溫度系數抵消。此時,表觀應變以式(3)表示。

自動溫度補償的原理

本公司的應變片已調整在±1.8×10-6/℃的誤差范圍內,如右圖所示,適用溫度范圍較大(最高200 ℃)。

自動溫度補償的原理
應變片的測量
應變片的應變導致的電阻值的變化極小,使用惠斯通電橋電路,將其作為電壓變化輸出。使用該惠斯通電橋,排除因溫度變化導致的表觀應變,可根據應變片的組裝方式使輸出電壓加倍并輸出。
(1) 單片法(2線式)
最簡易的方法,在電橋的一側裝入應變片。此處,應變片導線(r1、r2)位于電橋中,應變片導線較長,溫度發生變化時會產生無法忽略的較大的表觀應變。下圖為7/0.12的導線(10 m)的表觀應變。

單片法(2線式)

單片法(2線式)
(2) 單片法(3線式)
同樣地,在電橋的一側裝入應變片,應變片導線的一側與相鄰一側接觸,電橋中的r2與r3抵消,不會因應變片導線的溫度變化而產生表觀應變。(請參照下圖)

單片法(3線式)
導線產生的表觀應變

單片法(3線式)
(3) 雙片法(半橋)
各應變片已根據被測量材料的線性膨脹系數進行自動溫度補償,在電橋的相鄰一側使用應變片后,可進一步減小因溫度變化而產生的表觀應變。此外,使2片應變片承受異號的應變后,如式(5)所示,最大可輸出單片法的2倍。

雙片法(半橋)

雙片法(半橋)
(4) 4片法(全橋)
與雙片法的原理相同,可進行溫度補償,如式(6)所示,最大可輸出單片法的4倍。

4片法(全橋)
通過應變片進行測量的示例
(1) 拉伸壓縮應力
單片法

右圖中圓棒的應力σ可通過下式算出。

單片法

雙片法

如右圖所示,添加B應變片后,應變量會增加,增加量為泊松比。因此,可根據A、B應變片的總應變ε,通過下式算出應力σ。

雙片法

4片法

可能產生拉伸壓縮以外的彎曲應力時,可在柱的另一面添加另外1對A、B應變片,通過4片法消除彎曲應變。此時,可根據4片應變片的應變ε算出應力δ。

4片法

拉伸壓縮應力
(2) 彎曲應力
單片法

與拉伸壓縮應力相同,可根據右圖中懸臂梁的A應變片的應變ε,通過下式算出應變片粘貼部分應力σ。

單片法

雙片法

使用A、B后,應變量為2倍。 因此,可根據應變ε,通過下式算出應變片粘貼部分應力σ。

雙片法

此外,計算后可通過下式算出彎曲應力。

計算彎曲應力

具有代表性的彎矩和截面系數如下所示。

具有代表性的彎矩和截面系數
《彎矩示例》
型 號條 件彎矩 M
型號
條件
彎矩 M
型號
條件
彎矩 M
型號
條件
彎矩 M
型號
條件
彎矩 M
《截面系數》
圖 示截面系數截面二次力矩
圖示
截面系數
截面二次力矩
圖示
截面系數
截面二次力矩
圖示
截面系數
截面二次力矩
圖示
截面系數
截面二次力矩
圖示
截面系數
截面二次力矩
(2) 圓棒扭曲
圓棒扭曲

如上圖所示,將應變片以與圓棒的中心線呈45°角度的方向進行粘貼時,可根據扭曲導致的應變ε,通過下式算出切斷應力。。

切斷應力
相反地,將下表中的切斷應力代入式(12)后可算出應變ε。
No.截面圖切斷應力
切斷應力
No.截面圖切斷應力
切斷應力
1
截面圖
切斷應力
3
截面圖
切斷應力
2
截面圖
切斷應力
4
截面圖
切斷應力
應變率的補償
(1) 應變片的應變率補償
應變計無應變率調整功能,與應變片的標簽上標示的應變率不同時,請通過右式進行補償。


應變片的應變率補償
(2) 導線較長時的應變率補償
應變片的導線較長時,其電阻值包含在惠斯通電橋內,應變率下降。請通過右式進行補償。本公司帶乙烯線的應變片已在其標簽上標示帶乙烯線的應變率。


導線較長時的應變率補償
《導線的電阻值》
種 類AWG截面積(mm2)構成(根/直徑)電阻值(Ω/m往復)
單線320.0321 / 0.201.15
- ” -300.0511 / 0.250.74
絞線-0.087 / 0.120.45
- ” --0.1110 / 0.120.31
- ” --0.312 / 0.180.12
應變片的施加電壓
《導線的電阻值》
應變片通電后,自熱并發生溫度漂移,影響測量精度。因此,應變片的施加電壓會受到粘接的應變片的散熱性的影響。設定施加電壓時,推薦使散熱量不超過以下數值。

《應變片施加電壓計算參考值》 W/mm2(瓦/網格面積)

銅、鋁等鐵、鋼等不銹鋼
靜態應變測量0.020.010.005
動態應變測量0.020.020.11

例:將網格邊長為3 mm的350 Ω應變片與鋼材粘接后,如下所示。
容許散熱量 W=0.01×9=0.09 瓦
W=V2/R,0.09=V2/350 V=5.6 伏
此外,該電壓為1片應變片的施加電壓值,由4片應變片構成電橋時,電橋的施加電壓為11.2伏(2倍)。
各種普通材料的物理性質
線性膨脹系數
×10-6
縱向彈性模量
E(GPa{kgf/cm2
橫向彈性模量
G(GPa{kgf/cm2
泊松比
低碳鋼11.3~11.6206 {2.1×106}79 {0.81×106}0.28~0.3
中碳鋼10.7206 {2.1×106}82 {0.84×106}0.28~0.3
鎳鋼13.3204 {2.08×106}82 {0.84×106}0.28~0.3
馬氏體類
不銹鋼
13.3200 {2.04×106}78 {0.8×106}0.28~0.3
奧氏體類
不銹鋼
17.3197 {2.01×106}74 {0.75×106}0.28~0.3
析出硬化型
不銹鋼
11204 {2.08×106}82 {0.84×106}0.28~0.3
無氧銅17.6117 {1.19×106}38 {0.39×106}0.34
黃銅20.6103 {1.09×106}38 {0.39×106}0.34
磷酸銅18.2110 {1.12×106}42 {0.43×106}0.34
鈹青銅17.1129 {1.32×106}-0.34
13204 {2.08×106}81 {0.83×106}-
硬鋁(A2017-T4)23.469 {0.70×106}-0.34
超硬鋁(A2024-T4)23.274 {0.75×106}29 {0.30×106}0.34
8.4106 {1.08×106}44 {0.45×106}-
5108 {1.1×106}--
混凝土1129 {0.3×106}10 {0.1×106}0.1
玻璃959 {0.6×106}29 {0.3×106}0.25
木材59.8 {0.1×106}--
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