柱式传感器原理浅谈柱式传感器

发布时间：2024-10-06 17:10:20

浅谈柱式传感器

柱式传感器，是一种测量元件。采用仿真与实验方法，探讨了不同高度柱式应变测力传感器在各种偏心和斜载条件下，电桥直接输出值的百分比误差和利用神经网络进行应变数据融合后输出的百分比误差。

柱式传感器的基本结构：

在测量过程中重力作用于弹性体上从而产生形变，这一应变（正或负）被黏贴在弹性体上得应变片转化为电子信号。传感器除了包括必不可少的应变片和弹性体外，通常还包括保护应变片的外壳，密封元件等。

图1中显示了柱式传感器的弹性体的横截面。图1的左图适用于受压型负荷，图1的右图通过与其连接的螺纹杆能承受拉伸和压缩的负荷。在黏贴应变片的地方，柱子的横截面减小，由此产生足够大地应变，从而获得准确的结果。

柱式传感器工作原理 ：

在测量过程中重力作用于弹性体上从而产生形变，这一应变(正或负)被黏贴在弹性体上的应变片转化为电子信号。传感器除了包括应变片和弹性体外，通常还包括保护应变片的外壳，密封元件等。中空柱状弹性体存在负荷加载问题并且具有相对高的滞后误差，因此实际上常采用图中的形状，中空柱被分成多个扇形以减小滞后，负荷通过固定的板导入。

柱式传感器应用特点：

◆LC409采用高精度电阻应变式原理;

◆可满足 4.9KN-980KN范围内的力测量;

◆不锈钢材料，密封焊接，防油、防水、耐腐蚀;

◆悬臂结构设计，压式承载，安装使用方便灵活;

◆安全防爆型产品，可用于恶劣环境及危险性场合;

◆合金钢/不锈钢材料;

◆体积小巧，外型美观;

◆动态响应频率高;

柱式传感器的应用及可能带来的些许问题：

柱式测力传感器优点：结构紧凑、过载能力比较强、固有频率高动态响应快、安装较方便、制造成本低。柱式测力传感器由于以上的诸多优点，目前在汽车衡上使用的比较多。针对柱式测力传感器的抗侧向和偏载能力较差的问题，一些公司的产品样本上专门推荐了“不影响计量性能”的偏载角度,其限位采用的是张拉式结构，使得承载器在水平状态基本处于不移动状态，同时保证又不影响垂直力的作用。而汽车衡的承载器长度比较大，采用的限位装置是水平状态下允许承载器有一定的位移，这样测力传感器也可能随之晃动。

也就是在这种不断的晃动中，电缆线就不断被缠绕到测力传感器上，直至被拉断。第三个就是偏载分力的问题，为什么使用柱式测力传感器的汽车衡其段差（即是：偏载误差）比较大？这里固然与承载器的加工带来的“边界条件”影响有关，但是从理论角度分析，由于热胀冷缩影响使承载器两端柱式测力传感器产生倾斜度大，从而带来偏载分力，称量量值越大造成的偏载误差就越大。同时，这个分力还与测力传感器的高度有关，高度大的测力传感器相对影响量就小一些，高度低的相对影响量就大一些。

柱式传感器在工业领域有怎样的优势及特点？

随着工业社会的发展和大量实践应用的验证，柱式传感器受到极大的重视，特别在重型应用设计当中有着不可替代的优势。柱式传感器一般用于钢包秤、轧制力测量、测试机及各种大吨位配料称重控制中。

优点：结构紧凑、过载能力比较强、固有频率高动态响应快、安装较方便、制造成本低。

缺点：抗侧向和偏载力较差(双膜片结构的较好)、固有线性较差、称重传感器不易固定易旋转。

柱式称重传感器由于以上的诸多优点，目前在汽车衡上使用的比较多，但是其缺点也不能回避。针对柱式称重传感器的抗侧向和偏载能力较差的问题，一些公司的产品样本上专门推荐了“不影响计量性能”的偏载角度。

在实际应用中，由于承载器都是由多段组成的，可能承载器的变化没有如此大，但这起码给设计者一个参考依据，对于设计时应该考虑的承载器长度尺寸，不要因为温度变化，使承载器长度变化超出称重传感器装置单位给出的允许位移量，从而影响产品的计量性能。

还出现一种情况，就是称重传感器在使用时会不断微量旋转，甚至会将电缆线拉断。为什么在汽车衡上安装的柱式称重传感器会产生旋转现象?在自动轨道衡上使用的历史比较长了，而安装现场很少出现旋转现象?

这是因为自动轨道衡的承载器一般长度只有3.7m～4m，其限位采用的是张拉式结构，使得承载器在水平状态基本处于不移动状态，同时保证又不影响垂直力的作用。

而汽车衡的承载器长度比较大，采用的限位装置是水平状态下允许承载器有一定的位移，这样称重传感器也可能随之晃动。也就是在这种不断的晃动中，电缆线就不断被缠绕到称重传感器上，直至被拉断。

第三个就是偏载分力的问题，为什么使用柱式称重传感器的汽车衡其段差(即：偏载误差)比较大?这里固然与承载器的加工带来的“边界条件”影响有关，但是从理论角度分析，由于热胀冷缩影响使承载器两端柱式称重传感器产生倾斜度大，从而带来偏载分力，称量量值越大造成的偏载误差就越大。同时，这个分力还与称重传感器的高度有关，高度大的称重传感器相对影响量就小一些，高度低的相对影响量就大一些。

浅析柱式称重传感器

称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性，而现有的柱式称重传感器容易产生转动，柱式称重传感器在称重时会受到震动或者侧向力的作用而使弹性件转动，会导致传感器所检测到的数据不准确，影响称重设备的使用。

柱式传感器是称重传感器中应用最早的产品。柱式称重传感器可以用于测量压力，特别适合用于重型应用中。设计的大容量性质，除非装载不当，否则一般不会弯曲和变形。柱式称重传感器通常可用于钢包秤、轧制力测量、测试机及各种大吨位配料称重控制中。

柱式称重传感器工作原理：

在测量过程中重力作用于弹性体上从而产生形变，这一应变（正或负）被黏贴在弹性体上的应变片转化为电子信号。传感器除了包括必不可少的应变片和弹性体外，通常还包括保护应变片的外壳，密封元件等。中空柱状弹性体存在负荷加载问题并且具有相对高的滞后误差，因此实际上常采用图中的形状，中空柱被分成多个扇形以减小滞后，负荷通过固定的板导入。

柱式称重传感器安装示意图：

直接讲传感器底部固定在某一物体或设备上，固定死，直接通过顶部压向受力，一般用于大量程测力场合较多。