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Strain sensitivity as selection criterion for elastic elements of force transducers: a brief review
Sensors and Actuators A: Physical ( IF 4.6 ) Pub Date : 2020-09-06 , DOI: 10.1016/j.sna.2020.112238
Dan Mihai Ştefănescu

What does a researcher, a student or a technician make when facing a special measurement application and no adequate force transducer (FT) is available on the market? He could attempt a personal solution (customization), based on the widespread sensors, namely strain gauges (SGs), bonded on one of the elastic elements (EEs) presented in this work and then connecting them in a Wheatstone bridge so that to get a maximal Strain Sensitivity. Further, if time and skill allows, he may also try Optimal Shape Design for more special EEs, adding a contribution to strain gauge measurements advancement or, shortly, tensometry. In this paper the most complete classification of elastic elements is presented, based on 12 relevant types, showing both the mechanical sensitivity (by optimally locating of SGs) and the electrical one (by their connection in a Wheatstone bridge), as well as the Force range (expressed in newtons) for each type. This inter- and multi-disciplinary subject is illustrated by three examples of high performance EEs for SGFTs computer aided design, with pictures suggesting too a unitary representation of various mechanical stresses (stretching, bending, shearing) “instrumented” by using Wheatstone bridges. Within this “scientific story” it might be useful for readers to consider the Strain Sensitivity criterion when selecting EEs for SGFTs for applications involving high measurement accuracy (force comparison standards, multicomponent force-moment applications in Robotics and aerodynamic balances for aircraft or vehicle models in wind tunnels).



中文翻译:

应变敏感度作为力传感器弹性元件的选择标准:简要回顾

面对特殊的测量应用并且市场上没有足够的力传感器(FT)时,研究人员,学生或技术人员会做什么?他可以根据广泛的传感器(即应变仪(SGs))尝试个人化解决方案(定制),该传感器结合在本文中介绍的一种弹性元件(EE)上,然后将其连接在惠斯通电桥中,从而获得最大应变灵敏度。此外,如果时间和技能允许,他还可以尝试针对更特殊的EE的“最佳形状设计”,从而为应变仪测量的发展或短期内为张力测量做出了贡献。本文基于12种相关类型提供了最完整的弹性元件分类,同时显示每种类型的机械灵敏度(通过最佳定位SG)和电气灵敏度(通过在惠斯通电桥中的连接)以及力范围(以牛顿表示)。通过SGFT计算机辅助设计的高性能EE的三个示例说明了这个跨学科的主题,图片暗示了通过惠斯通电桥“施加”各种机械应力(拉伸,弯曲,剪切)的统一表示。在这个“科学故事”中,当读者为涉及高测量精度的应用(力比较标准,机器人技术中的多分量力力矩应用以及用于飞机或车辆模型的空气动力学天平)选择SGFT的EE时,考虑应变敏感度准则可能对读者有用。风洞)。以及每种类型的力范围(以牛顿表示)。通过SGFT计算机辅助设计的高性能EE的三个示例说明了这个跨学科的主题,图片暗示了通过惠斯通电桥“施加”各种机械应力(拉伸,弯曲,剪切)的统一表示。在这个“科学故事”中,当读者为涉及高测量精度的应用(力比较标准,机器人技术中的多分量力力矩应用以及用于飞机或车辆模型的空气动力学天平)选择SGFT的EE时,考虑应变敏感度准则可能对读者有用。风洞)。以及每种类型的力范围(以牛顿表示)。通过SGFT计算机辅助设计的高性能EE的三个示例说明了这个跨学科的主题,图片暗示了通过惠斯通电桥“施加”各种机械应力(拉伸,弯曲,剪切)的统一表示。在这个“科学故事”中,当读者为涉及高测量精度的应用(力比较标准,机器人技术中的多分量力力矩应用以及用于飞机或车辆模型的空气动力学天平)选择SGFT的EE时,考虑应变敏感度准则可能对读者有用。风洞)。通过SGFT计算机辅助设计的高性能EE的三个示例说明了这个跨学科的主题,图片暗示了通过惠斯通电桥“施加”各种机械应力(拉伸,弯曲,剪切)的统一表示。在这个“科学故事”中,当读者为涉及高测量精度的应用(力比较标准,机器人技术中的多分量力力矩应用以及用于飞机或车辆模型的空气动力学天平)选择SGFT的EE时,考虑应变敏感度准则可能对读者有用。风洞)。这个跨学科和多学科的主题通过用于SGFT计算机辅助设计的高性能EE的三个示例进行了说明,图片暗示了使用惠斯通电桥“施加”各种机械应力(拉伸,弯曲,剪切)的统一表示。在这个“科学故事”中,当读者为涉及高测量精度的应用(力比较标准,机器人技术中的多分量力力矩应用以及用于飞机或车辆模型的空气动力学天平)选择SGFT的EE时,考虑应变敏感度准则可能对读者有用。风洞)。

更新日期:2020-09-14
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