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懸臂梁傳感器的工作原理是什么?

發(fā)布時間:2025-10-23
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文章來源:http://www.northdesign.cn
懸臂梁傳感器本質(zhì)是一種將力學(xué)載荷轉(zhuǎn)化為可測量電信號的器件,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)被測物體(如料斗、平臺)的重量或壓力作用于自由端時,彈性梁會產(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),不會產(chǎn)生永久變形)。
這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于:即使微小載荷(如幾十克)也能引發(fā)明顯形變,因此對小量程、高精度測量場景(如電子秤、配料系統(tǒng))適配性極強。
2. 應(yīng)變信號采集: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、連接對稱。
當(dāng)彈性梁彎曲時:
  • 上表面被 “拉伸”,應(yīng)變片長度變長、截面積變小,電阻值增大

  • 下表面被 “壓縮”,應(yīng)變片長度變短、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?。﹪栏窬€性相關(guān),這就是 “應(yīng)變效應(yīng)” 的核心。

3. 電信號轉(zhuǎn)換:惠斯通電橋的 “差值放大”
所有應(yīng)變片會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 個臂),并接入穩(wěn)定的直流供電電壓(如 5V、10V)。
在無載荷時,電橋 4 個臂的電阻相等,輸出電壓0V(零點平衡);
當(dāng)有載荷導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化時,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(通常為毫伏級,如 1-10mV)。
全橋結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于:可抵消溫度變化、振動等干擾因素(上下表面應(yīng)變片的溫度影響相互抵消),同時使輸出信號翻倍,提升測量精度。
4. 信號調(diào)理與輸出:從 “微弱信號” 到 “標(biāo)準信號”
傳感器內(nèi)部通常集成信號調(diào)理電路(含放大器、濾波模塊、溫度補償模塊):
  • 放大器將毫伏級信號放大至伏級(如 0-5V)或標(biāo)準電流信號(如 4-20mA);

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

  • 溫度補償模塊抵消環(huán)境溫度變化對彈性梁、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量精度。

最終輸出的標(biāo)準信號可直接接入顯示儀表、PLC 或工業(yè)控制系統(tǒng),實現(xiàn)載荷的數(shù)字化顯示與自動化控制。

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)用于電子臺秤、小型料罐稱重、自動化配料系統(tǒng)等場景,其結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計深度貼合上述工作原理,核心特性如下:
1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計:強化 “形變 - 信號” 轉(zhuǎn)化效率
  • 彈性梁材質(zhì):采用 40CrNiMo 合金鋼(高強度、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)勢的實際體現(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,適配懸臂梁 “微小形變敏感” 的特性);

  • 精度等級:C3 級(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:2.0mV/V(毫伏級信號,需搭配儀表或放大器使用),部分型號可選 4 - 20mA 電流輸出(內(nèi)置信號調(diào)理電路);

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

3. 應(yīng)用場景:原理與需求的精準適配
以 “小型電子臺秤” 應(yīng)用為例,LCZ - 301A 的工作流程完全遵循原理邏輯:
  1. 物體放置于臺秤平臺,重量通過平臺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;

  1. 臺秤內(nèi)置的放大器將信號放大,經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,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稱重,通過系統(tǒng)對多只傳感器信號的平均處理,進一步提升測量精度。
三、關(guān)鍵注意事項:確保原理有效落地
在使用隆旅 LCZ - 301A 時,需遵循工作原理的核心邏輯,避免因操作不當(dāng)影響測量精度:
  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,避免松動或傾斜,否則會導(dǎo)致載荷傳遞不均,使部分應(yīng)變片無法正常感知形變;

  1. 校準周期:建議每 6 個月進行一次零點校準(無載荷時調(diào)整至輸出 0mV),避免長期使用后彈性梁疲勞、應(yīng)變片老化導(dǎo)致的零點漂移;

  1. 環(huán)境防護:該傳感器防護等級為 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型懸臂梁傳感器,核心區(qū)別于常規(guī)型號的 “波紋管結(jié)構(gòu)”,專為潮濕、多塵等惡劣環(huán)境設(shè)計,適配小量程高精度稱重場景。
1. 核心結(jié)構(gòu):波紋管密封,強化防護
采用不銹鋼波紋管包裹彈性梁與應(yīng)變片核心部件,防護等級達 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)防護不足的痛點。
2. 性能亮點:高精度 + 強穩(wěn)定性
  • 量程覆蓋:0-50kg 至 0-500kg 小量程,滿足電子臺秤、小型料罐、自動化配料等輕載需求;

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

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

3. 適配場景:惡劣環(huán)境輕載稱重
典型用于食品加工(清洗環(huán)境)、化工實驗室(少量試劑稱重)、潮濕車間(小型物料計量)等場景,兼顧防護性與測量精度,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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