荷重傳感器作為精準測量力值的核心器件,廣泛應用于電子衡器、工業(yè)自動化、材料測試等領域。其本質是通過 “機械結構受力形變→電學信號輸出” 的轉化,實現(xiàn)對重量、拉力、壓力等力值的精準計量。要理解其工作邏輯,需先掌握結構組成與原理的對應關系 —— 一張完整的荷重傳感器結構原理圖,實則是 “力的傳遞、形變感知、信號轉化” 三大系統(tǒng)的協(xié)同示意圖。本文將結合典型結構原理圖,拆解各核心部件的功能與原理關聯(lián)。
力的傳遞與分散:當外部力(如重量、拉力)作用于彈性體的受力端時,彈性體通過自身結構將力均勻傳遞到整個構件,避免局部應力集中導致永久形變;
可控形變輸出:彈性體采用高強度合金材料(如 40CrNiMoA、不銹鋼)制成,具備優(yōu)異的彈性恢復性 —— 受力時會產生與力值成正比的微小彈性形變(通常為微米級,肉眼不可見),力消失后完全恢復原狀,為后續(xù)應變片感知提供穩(wěn)定的 “形變信號源”。
基底:絕緣薄膜(如聚酰亞胺),作用是固定敏感柵,同時隔離彈性體與敏感柵,避免短路;
敏感柵:金屬箔或金屬絲(如銅鎳合金、鎳鉻合金)制成的柵格狀結構,是電阻變化的核心 —— 當彈性體形變時,敏感柵隨彈性體一起拉伸或壓縮,其電阻值會隨幾何形狀變化而改變(遵循 “應變效應”:拉伸時電阻增大,壓縮時電阻減?。?/span>
引線:細小銅線,用于將敏感柵的電阻信號引出,接入后續(xù)的橋路電路。
溫度補償:通過串聯(lián) “溫度敏感電阻”(如鉑電阻),抵消溫度變化導致的應變片電阻漂移 —— 例如溫度升高時,應變片自身電阻會增大,補償電阻則會通過電路設計反向調節(jié),使橋路輸出信號不受溫度影響;
零點補償:在橋路中并聯(lián) “微調電阻”,用于修正無外力作用時橋路的 “零點漂移”(即理想狀態(tài)下無外力時輸出應為 0,但實際因工藝偏差可能有微小輸出),通過調節(jié)微調電阻使零點回歸標準值;
靈敏度補償:串聯(lián) “精密電阻”,修正不同傳感器之間的靈敏度差異,確保同一型號傳感器在相同力值下輸出一致的信號。
彈性體材質:原理圖中標注的 “40CrNiMoA” 等合金材料,決定了傳感器的量程與穩(wěn)定性 —— 高強度材料可承受更大力值,低彈性滯后材料能減少測量誤差;
應變片貼附位置:必須貼在彈性體的 “形變敏感區(qū)”(如細頸段、梁的上下表面),且需對稱貼附,否則會導致信號失真;
橋路設計:全橋電路(4 片應變片)比半橋電路(2 片應變片)靈敏度更高、抗干擾能力更強,因此高精度傳感器的原理圖中均采用全橋設計;
防護結構:部分原理圖中會標注 “密封膠、防護外殼”,用于隔離粉塵、水汽,避免應變片與補償元件受潮損壞,延長傳感器壽命。
理解這些設計要點,不僅能看懂結構原理圖,更能根據實際需求選擇合適的荷重傳感器 —— 例如潮濕環(huán)境需選擇帶密封防護的傳感器,高精度場景需選擇全橋設計的傳感器。
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