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弯矩对称重传感器的测量精度有哪些具体影响?

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其核心在于破坏传感器弹性体的受力对称性和应变片的信号一致性,导致输出信号与实际载荷的线性关系被打破。以下从具体误差表现、原理机制及实际场景影响三方面详细说明:一、直接导致非线性误差,破坏测量线性关系称重传感器的理想输出信号应与轴向载荷呈严格线性关系(即 输出信号=K×实际载荷+B,K 为灵敏度系数,B 为零点偏移),而弯矩会引入非线性误差,表现为:
信号失真与读数偏差
弯矩使传感器弹性体产生不对称弯曲(一侧拉伸、一侧压缩),导致粘贴在弹性体上的应变片受力不均:
对称分布的应变片(如全桥电路中的 4 片应变片)中,部分应变片承受额外拉伸应力,另一部分承受额外压缩应力。
这种 “受力抵消” 或 “受力叠加” 会使输出信号与实际载荷的比例关系(灵敏度)发生变化,例如:
小载荷时误差较小,大载荷时误差急剧增大(非线性误差可达 10%-50%,取决于弯矩大小)。
同一载荷在不同弯矩作用下,读数可能相差数倍(如实际 100kg 载荷,因弯矩可能显示 80kg 或 130kg)。
校准失效
常规校准仅针对轴向力进行线性修正(如调整零点和满量程),但弯矩导致的非线性误差无法通过校准消除。例如:
校准后空载和满量程读数准确,但中间量程(如 50% 额定载荷)可能存在显著偏差,形成 “校准点准确、非校准点失真” 的现象。
二、引发零点漂移与信号不稳定弯矩会导致传感器即使在无载荷或恒定载荷下,输出信号也出现无规律波动或偏移,具体表现为:
零点漂移
长期弯矩作用会使传感器弹性体产生塑性变形(尤其对低刚度传感器),导致应变片的初始零点位置偏移。例如:
卸载后传感器无法回到初始零点,显示 “负重量” 或 “残余重量”(漂移量可达满量程的 1%-5%)。
环境温度变化时,塑性变形区域的应变片受温度影响更大,进一步加剧零点漂移(温度漂移误差增加 2-3 倍)。
信号波动(噪声增大)
弯矩导致弹性体受力状态不稳定(如微小振动下的应力分布变化),应变片输出信号中叠加高频噪声。例如:
静态称重时读数持续跳动(波动幅度超过 0.1% FS),无法稳定显示准确值。
动态称重时(如传送带称重),噪声信号可能掩盖真实载荷变化,导致测量数据完全失效。
三、造成局部应力集中,加剧长期测量偏差弯矩会使传感器弹性体的局部区域(如应变片粘贴处、结构拐角)承受远超设计值的应力,引发两类长期问题:
应变片性能退化
应变片(尤其高精度箔式应变片)的电阻变化与应变呈线性关系的前提是 “均匀受力”,而应力集中会导致局部应变超过应变片的 “线性应变范围”(通常为 0.5%-1%),造成:
应变片的灵敏系数(K 值)下降,输出信号灵敏度降低(读数整体偏小)。
应变片基底(如聚酰亚胺薄膜)因长期高应力出现老化开裂,导致应变传递效率下降,信号逐渐衰减(数月内灵敏度可能下降 10%-20%)。
弹性体永久损伤
超过材料屈服极限的局部应力会使弹性体产生微观裂纹,随着时间推移裂纹扩展,导致:
传感器刚度下降,相同载荷下的形变增大,读数整体偏高(刚度损失 10% 可导致读数偏高 5%-8%)。
严重时裂纹贯穿弹性体,导致传感器完全断裂,测量系统瘫痪。
四、不同场景下的具体影响案例
工业平台秤(多传感器安装)
若平台安装不平或载荷重心偏移,单个传感器可能承受额外弯矩,导致:
平台四角称重偏差显著(如 corner error 超过 3%),同一物体放在不同位置显示不同重量。
长期使用后,受弯矩较大的传感器率先失效,整体系统精度崩溃。
悬臂梁式传感器(如料斗秤)
料斗重心偏移产生的弯矩会使悬臂梁传感器弹性体弯曲不均,导致:
小料量时读数偏轻,大料量时读数偏重(非线性误差)。
应变片粘贴在悬臂梁根部的位置因应力集中,3-6 个月内可能出现脱胶,信号完全丢失。
拉力传感器(如起重机称重)
钢丝绳偏斜产生的弯矩会使拉力传感器承受扭矩,导致:
起重时读数忽高忽低(动态误差),无法准确判断载荷是否超载。
传感器连接螺栓因弯矩产生松动,进一步增大侧向力和弯矩,形成恶性循环。
总结弯矩对称重传感器的测量精度影响是 “全方位且累积性的”:短期导致非线性误差、零点漂移和信号波动,长期引发应变片性能退化和弹性体损伤,最终使测量系统失去可靠性。因此,安装时必须通过严格对准载荷重心、控制安装面平整度、使用抗弯矩结构(如球铰支座、万向节)等措施,将弯矩控制在传感器允许范围内(通常要求弯矩产生的附加应力≤额定应力的 10%),才能确保长期高精度测量。弯矩是如何破坏传感器弹性体的受力对称性的?应变片的信号一致性对称重传感器的测量精度有什么影响?如何在实际应用中避免弯矩对称重传感器测量精度的影响?


IP属地:上海1楼2025-07-15 15:23回复