

受力方向的力)和弯矩(绕传感器轴线的旋转力矩),核心原因在于这两类力会直接影响测量精度、缩短传感器寿命,甚至导致测量失效。以下从传感器原理、误差来源及危害后果三方面详细说明:一、称重传感器的受力特性:依赖 “单一轴向受力” 的测量原理称重传感器(如应变片式、压电式等)的核心设计逻辑是仅对轴向(主受力方向,通常为垂直方向)的力敏感,其测量精度建立在 “受力方向与传感器敏感轴完全一致” 的基础上:
应变片式传感器通过粘贴在弹性体上的应变片感知形变:当轴向力作用时,弹性体产生均匀拉伸 / 压缩形变,应变片电阻变化与力值成正比,输出线性电信号。
压电式传感器通过压电晶体的 “压电效应” 将轴向力转换为电荷信号,同样仅对轴向力敏感。
侧向力和弯矩的本质是 “非轴向干扰力”,会破坏传感器的理想受力状态,导致测量误差或结构损坏。二、侧向力的危害及影响侧向力指平行于传感器安装平面、垂直于主受力轴线的力(如水平方向的推力、拉力或剪切力),其危害主要包括:
测量精度偏差
传感器弹性体在侧向力作用下会产生弯曲或扭曲形变,这种形变无法被应变片(或压电元件)准确感知为轴向力,导致输出信号与实际重量不成正比。例如:
侧向力可能使应变片产生额外的 “横向应变”,叠加到正常的轴向应变信号中,造成读数偏高或偏低(误差可达 5%-20%,取决于侧向力大小)。
长期侧向力会导致传感器零点漂移,即使无载荷时也可能有虚假读数。
结构疲劳与损坏
传感器弹性体的设计强度主要针对轴向力,侧向力会使其承受额外的剪切应力或弯曲应力,超出材料疲劳极限。例如:
应变片粘贴处可能因反复侧向形变出现脱胶、断线,导致信号不稳定或完全失效。
严重时可能造成弹性体开裂(尤其对小量程高精度传感器),直接报废。
安装稳定性下降
侧向力可能导致传感器与安装座之间的连接松动(如螺栓松动、垫片移位),进一步加剧受力失衡,形成 “侧向力→松动→更大侧向力” 的恶性循环。
三、弯矩的危害及影响弯矩指绕传感器轴线的旋转力矩(如因载荷重心偏移、安装面不水平导致的扭矩),其危害比侧向力更隐蔽且严重:
非线性误差增大
弯矩会使传感器弹性体产生不对称弯曲,导致不同位置的应变片受力不均:部分应变片可能承受拉伸应力,另一部分承受压缩应力,输出信号相互抵消或叠加,破坏线性关系。例如:
对称安装的应变片在弯矩作用下,一侧应变增大,另一侧应变减小,最终输出信号无法准确反映实际轴向载荷,误差可能超过 30%。
局部应力集中
弯矩会使传感器弹性体的局部区域(如应变片粘贴处、结构薄弱点)承受远超设计值的应力,导致:
应变片过载损坏(尤其对高精度箔式应变片)。
弹性体在应力集中部位产生永久变形或裂纹,丧失测量功能。
长期稳定性失效
即使弯矩未立即导致损坏,长期交变弯矩(如动态称重场景中的振动扭矩)会加速材料疲劳,使传感器的灵敏度下降、零点漂移加剧,寿命缩短至设计值的 1/3-1/10。
四、为何必须严格避免?核心原因总结
传感器设计局限性:称重传感器是 “单一方向力敏元件”,无抗侧向力和弯矩的设计冗余,无法区分轴向力与干扰力。
误差不可补偿:侧向力和弯矩导致的误差是非线性、非重复性的,无法通过校准完全消除(校准仅能补偿轴向力的线性误差)。
安全风险:长期承受侧向力或弯矩会导致传感器结构损坏,在重载场景(如工业衡器、起重机称重)中可能引发设备倾覆、载荷坠落等安全事故。
五、规避措施:如何减少侧向力和弯矩?
安装面精度控制:确保传感器安装座平面水平(平面度误差≤0.1mm/m),避免因安装面倾斜产生初始弯矩。
载荷对准设计:
确保被称物体的重心与传感器的受力轴线重合,避免偏心载荷(如通过导向装置、限位装置限制水平位移)。
多传感器称重系统(如平台秤)需采用 “均载设计”,通过连接件(如过渡梁、球铰支座)使各传感器受力均匀,减少相互间的干扰力矩。
使用抗侧向力结构:选择带限位装置的传感器(如拉杆式、桥式传感器),或加装侧向限位器,限制传感器承受的侧向力在允许范围内(通常不超过额定载荷的 5%-10%)。
定期检查维护:通过水平仪、百分表检测安装面平整度,紧固连接螺栓,及时调整因长期使用导致的安装偏差。
总结称重传感器的核心是 “精确测量轴向力”,侧向力和弯矩作为 “非目标干扰力”,会从精度、稳定性、安全性三个维度破坏测量系统。因此,安装时必须通过结构设计、对准控制、限位保护等手段,将侧向力和弯矩控制在传感器允许的范围内(通常要求侧向力≤额定载荷的 10%,弯矩≤额定弯矩的 5%),才能确保称重数据的准确性和设备的长期可靠运行。弯矩对称重传感器的测量精度有哪些具体影响?称重传感器应安装在被测物体的什么位置?如何避免称重传感器受到侧向力和弯矩?