第4年
SC018QP 盛賽 新型齊平膜壓阻式陶瓷
微張力傳感器在無人機、機器人、工業自動化領域里核心部件，并在物聯網技術得到了廣泛應用。下面就微張力傳感器在工業自動化和機器人領域應用作簡要介紹。
在工業自動化領域里，隨著卷取機械的高速化和智能化，如紡織工業化纖、絲綢、毛棉等卷筒系統隨著設備盤卷過程中直徑變化，卷材的張力也產生變化，如果不對高速運轉的卷盤張力即動態張力進行有效控制，表面就會出現皺折、厚薄不均現象；如用于紙張、薄膜、橡膠、光纖等材料解卷或上卷，如果不對盤卷動態張力進行控制，同樣會出現彎曲、厚度變化乃至斷裂。
張力控制器的核心控制部件是張力傳感器。它是直接將盤卷高速運轉的動態張力信號線性轉換成電信號（如I2C輸出），再由MCU或PLC控制盤卷電機轉速和張力，從而實現動態張力進行控制。
目前，國內外張力傳感器分接觸式和非接觸式二種。接觸式張力傳感器是指傳感器的測力桿直接檢測盤卷載體張力，因而檢測精度高反應靈敏度高，目前它是國內外盤卷系統主流動態張力傳感器。此類傳感器有應變片式和壓電陶瓷式兩種；非接觸式張力傳感器有霍爾傳感器，實際上它是檢測盤卷載體線速度再轉換成張力信號，控制精度低和抗干攏能力低是它的致命缺點。然而接觸式張力傳感器目前國外僅有少數廠家有生產，由于國外這種接觸式張力傳感器本身都不帶溫度補償，存在工作溫度適應性差缺點。且高昂的價格使國內工業自動化卷取機械只有采用非接觸式霍爾傳感器替代。
接觸式張力傳感器雖然在信號采樣方式上有優勢，但還存在著很大缺陷。如應變片式張力傳感器它必須將應變片用有機粘結劑粘到不銹鋼或聚酯膜片上，此類傳感器遲滯性差，且由于只能用單片應變片粘結，輸出靈敏度低且應變片的溫飄大，不能用于高精度高可靠卷取機械；而壓電陶瓷式張力傳感器由于是非線性電壓輸出，因而目前國內外尚未有實際應用。
近年來國內有多家大專院校和科研院所如西北工業大學、江南大學、中國電子科技集團以及中恒集團對我國張力傳感器的發展與我們多次進行了探討，一致認為必須發展新型的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，以改變目前卷取機械自動化被動局面勢在必行。
新型微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，采用了國際領先的三級溫補技術和高精度Hybrid工藝技術，在性能指標上大大領先國外微張力傳感器，能實現規模化生產，成本較國外有強大優勢，是國外微張力傳感器的升級換代產品。圖1是微張力傳感器外形圖。
圖1
表1為微張力傳感器線性精度實測數據，圖2為量程范圍內線性曲線。
| Newton |
0 |
0.01 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
|
mV |
0.59 |
2.41 |
22.5 |
44.7 |
65.05 |
84.53 |
105.4 |
表1
經測試，微張力傳感器主要技術性能如表2。
| 張力范圍(牛頓力） |
工作溫度范圍 |
零 位 |
零 位 |
精 度 (%FS) |
過 載 |
工 作 |
輸 入 |
輸 出 |
|
0.03-0.3 |
0-45 |
0±0.5 |
≤0.02 |
0.1 |
200 |
9-30 |
11k±2kΩ |
9.5±2kΩ |
表2
圖2 為微張力傳感器激光修調系統。圖3為微張力傳感器的線性曲線。
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