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懸臂梁傳感器的工作原理是什么?

發(fā)布時(shí)間:2025-10-23
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文章來源:http://www.yabodz.cn
懸臂梁傳感器本質(zhì)是一種將力學(xué)載荷轉(zhuǎn)化為可測(cè)量電信號(hào)的器件,核心遵循 “應(yīng)變效應(yīng)” 與 “惠斯通電橋” 原理,整體工作流程可分為 4 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié):
1. 力學(xué)載荷接收:懸臂結(jié)構(gòu)的受力特性
懸臂梁傳感器的核心結(jié)構(gòu)為 “一端固定、一端自由” 的彈性梁(通常為金屬材質(zhì),如合金鋼)。當(dāng)被測(cè)物體(如料斗、平臺(tái))的重量或壓力作用于自由端時(shí),彈性梁會(huì)產(chǎn)生彎曲形變—— 固定端形變最小,自由端形變最大,且形變程度與載荷大小呈線性正相關(guān)(在彈性限度內(nèi),不會(huì)產(chǎn)生永久變形)。
這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于:即使微小載荷(如幾十克)也能引發(fā)明顯形變,因此對(duì)小量程、高精度測(cè)量場(chǎng)景(如電子秤、配料系統(tǒng))適配性極強(qiáng)。
2. 應(yīng)變信號(hào)采集:應(yīng)變片的 “形變 - 電阻轉(zhuǎn)化”
在彈性梁的上下表面(彎曲形變最明顯的區(qū)域),會(huì)粘貼金屬應(yīng)變片(通常為康銅或鎳鉻合金材質(zhì)),且上下表面應(yīng)變片數(shù)量相等、連接對(duì)稱。
當(dāng)彈性梁彎曲時(shí):
  • 上表面被 “拉伸”,應(yīng)變片長(zhǎng)度變長(zhǎng)、截面積變小,電阻值增大;

  • 下表面被 “壓縮”,應(yīng)變片長(zhǎng)度變短、截面積變大,電阻值減小;

  • 應(yīng)變片電阻變化量(ΔR/R)與彈性梁的形變量(即載荷大?。﹪?yán)格線性相關(guān),這就是 “應(yīng)變效應(yīng)” 的核心。

3. 電信號(hào)轉(zhuǎn)換:惠斯通電橋的 “差值放大”
所有應(yīng)變片會(huì)組成惠斯通電橋電路(通常為全橋結(jié)構(gòu),4 片應(yīng)變片分別作為電橋的 4 個(gè)臂),并接入穩(wěn)定的直流供電電壓(如 5V、10V)。
在無載荷時(shí),電橋 4 個(gè)臂的電阻相等,輸出電壓0V(零點(diǎn)平衡);
當(dāng)有載荷導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化時(shí),電橋平衡被打破,輸出與電阻變化量(即載荷大?。┏烧鹊?/span>微弱電壓信號(hào)(通常為毫伏級(jí),如 1-10mV)。
全橋結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于:可抵消溫度變化、振動(dòng)等干擾因素(上下表面應(yīng)變片的溫度影響相互抵消),同時(shí)使輸出信號(hào)翻倍,提升測(cè)量精度。
4. 信號(hào)調(diào)理與輸出:從 “微弱信號(hào)” 到 “標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)”
傳感器內(nèi)部通常集成信號(hào)調(diào)理電路(含放大器、濾波模塊、溫度補(bǔ)償模塊):
  • 放大器將毫伏級(jí)信號(hào)放大至伏級(jí)(如 0-5V)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(如 4-20mA);

  • 濾波模塊過濾電磁干擾(如電機(jī)、變頻器產(chǎn)生的雜波),確保信號(hào)穩(wěn)定;

  • 溫度補(bǔ)償模塊抵消環(huán)境溫度變化對(duì)彈性梁、應(yīng)變片的影響(如溫度升高導(dǎo)致的電阻漂移),保證不同溫度下的測(cè)量精度。

最終輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可直接接入顯示儀表、PLC 或工業(yè)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)載荷的數(shù)字化顯示與自動(dòng)化控制。

二、隆旅 LCZ - 301A 懸臂梁式傳感器:原理落地與產(chǎn)品特性

LCZ-301A懸臂梁傳感器--5

LCZ-301A懸臂梁式傳感器

隆旅 LCZ - 301A 是典型的小量程懸臂梁傳感器,廣泛應(yīng)用于電子臺(tái)秤、小型料罐稱重、自動(dòng)化配料系統(tǒng)等場(chǎng)景,其結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)深度貼合上述工作原理,核心特性如下:
1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):強(qiáng)化 “形變 - 信號(hào)” 轉(zhuǎn)化效率
  • 彈性梁材質(zhì):采用 40CrNiMo 合金鋼(高強(qiáng)度、高彈性,彈性限度大,可承受 150% 額定載荷的過載沖擊而不永久變形),確保形變與載荷的線性關(guān)系穩(wěn)定;

  • 應(yīng)變片布局:在彈性梁上下表面各粘貼 2 片高精度金屬應(yīng)變片,組成全橋結(jié)構(gòu),零點(diǎn)漂移≤0.02% FS/℃,溫度誤差極??;

  • 安裝方式:固定端通過螺栓與設(shè)備底座剛性連接,自由端預(yù)留螺紋孔,可直接連接稱重平臺(tái)或料斗,確保載荷完全傳遞至彈性梁,減少力損耗。

2. 性能參數(shù):原理優(yōu)勢(shì)的實(shí)際體現(xiàn)
根據(jù)隆旅官方數(shù)據(jù),LCZ - 301A 的核心參數(shù)與工作原理高度匹配:
  • 量程范圍:0 - 50kg、0 - 100kg、0 - 200kg(小量程設(shè)計(jì),適配懸臂梁 “微小形變敏感” 的特性);

  • 精度等級(jí):C3 級(jí)(誤差≤0.02% FS),得益于全橋結(jié)構(gòu)的抗干擾能力與高精度應(yīng)變片;

  • 輸出信號(hào):2.0mV/V(毫伏級(jí)信號(hào),需搭配儀表或放大器使用),部分型號(hào)可選 4 - 20mA 電流輸出(內(nèi)置信號(hào)調(diào)理電路);

  • 工作溫度:-20℃~60℃,通過溫度補(bǔ)償模塊實(shí)現(xiàn)寬溫域穩(wěn)定工作,避免溫度對(duì)形變、電阻的影響。

3. 應(yīng)用場(chǎng)景:原理與需求的精準(zhǔn)適配
以 “小型電子臺(tái)秤” 應(yīng)用為例,LCZ - 301A 的工作流程完全遵循原理邏輯:
  1. 物體放置于臺(tái)秤平臺(tái),重量通過平臺(tái)傳遞至傳感器自由端;

  1. 彈性梁彎曲,上下表面應(yīng)變片電阻變化;

  1. 惠斯通電橋輸出 2.0mV/V 的毫伏信號(hào);

  1. 臺(tái)秤內(nèi)置的放大器將信號(hào)放大,經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),最終在顯示屏上顯示重量值。

此外,該傳感器還支持多只并聯(lián)使用(如 3 只或 4 只組成稱重模塊),適用于小型料罐的多點(diǎn)稱重,通過系統(tǒng)對(duì)多只傳感器信號(hào)的平均處理,進(jìn)一步提升測(cè)量精度。
三、關(guān)鍵注意事項(xiàng):確保原理有效落地
在使用隆旅 LCZ - 301A 時(shí),需遵循工作原理的核心邏輯,避免因操作不當(dāng)影響測(cè)量精度:
  1. 載荷方向:需確保載荷垂直作用于自由端,避免側(cè)向力(如斜向拉力)—— 側(cè)向力會(huì)導(dǎo)致彈性梁產(chǎn)生非彎曲形變,破壞應(yīng)變片電阻變化的線性關(guān)系,引發(fā)誤差;

  1. 安裝精度:固定端需完全貼合底座,避免松動(dòng)或傾斜,否則會(huì)導(dǎo)致載荷傳遞不均,使部分應(yīng)變片無法正常感知形變;

  1. 校準(zhǔn)周期:建議每 6 個(gè)月進(jìn)行一次零點(diǎn)校準(zhǔn)(無載荷時(shí)調(diào)整至輸出 0mV),避免長(zhǎng)期使用后彈性梁疲勞、應(yīng)變片老化導(dǎo)致的零點(diǎn)漂移;

  1. 環(huán)境防護(hù):該傳感器防護(hù)等級(jí)為 IP65(防塵、防濺水),不適用于潮濕或腐蝕性環(huán)境,若需在惡劣環(huán)境使用,需額外加裝防護(hù)罩,避免水汽、化學(xué)介質(zhì)損壞應(yīng)變片與電路。

四、產(chǎn)品介紹:LCZ-303A波紋管式懸臂梁傳感器

LCZ-303A懸臂梁傳感器

LCZ-303A波紋管式懸臂梁傳感器


LCZ-303A 是隆旅推出的密封防護(hù)型懸臂梁傳感器,核心區(qū)別于常規(guī)型號(hào)的 “波紋管結(jié)構(gòu)”,專為潮濕、多塵等惡劣環(huán)境設(shè)計(jì),適配小量程高精度稱重場(chǎng)景。
1. 核心結(jié)構(gòu):波紋管密封,強(qiáng)化防護(hù)
采用不銹鋼波紋管包裹彈性梁與應(yīng)變片核心部件,防護(hù)等級(jí)達(dá) IP67/IP68(可選),可抵御粉塵侵入、液體濺淋甚至短期浸泡,避免潮濕、腐蝕性介質(zhì)損壞應(yīng)變片,解決常規(guī)懸臂梁傳感器(如 LCZ-301A)防護(hù)不足的痛點(diǎn)。
2. 性能亮點(diǎn):高精度 + 強(qiáng)穩(wěn)定性
  • 量程覆蓋:0-50kg 至 0-500kg 小量程,滿足電子臺(tái)秤、小型料罐、自動(dòng)化配料等輕載需求;

  • 精度等級(jí):C3 級(jí)(誤差≤0.02% FS),全橋應(yīng)變片設(shè)計(jì) + 溫度補(bǔ)償,-20℃~60℃環(huán)境下零點(diǎn)漂移小,數(shù)據(jù)穩(wěn)定;

  • 輸出信號(hào):標(biāo)準(zhǔn) 2.0mV/V 毫伏信號(hào),可搭配儀表或放大器轉(zhuǎn)換為 4-20mA/0-5V 信號(hào),適配工業(yè)控制系統(tǒng)。

3. 適配場(chǎng)景:惡劣環(huán)境輕載稱重
典型用于食品加工(清洗環(huán)境)、化工實(shí)驗(yàn)室(少量試劑稱重)、潮濕車間(小型物料計(jì)量)等場(chǎng)景,兼顧防護(hù)性與測(cè)量精度,安裝方式與常規(guī)懸臂梁一致(一端固定、一端受力),無需額外適配復(fù)雜結(jié)構(gòu)。


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