新聞中心NEWS CENTER

柱式荷重傳感器的原理以及應用有哪些？

發布時間：2025-10-14
瀏覽次數：104
文章來源：http://www.lygdysw.com

柱式荷重傳感器作為應變式力傳感器的經典構型，以圓柱形彈性體為核心特征，憑借抗過載能力強、結構緊湊、測量穩定等優勢，在工業稱重、力值監測、設備控制等領域實現廣泛應用。其技術原理源于金屬應變效應的精準轉化，而應用場景則覆蓋從微型測試到萬噸級重載的全量程需求。本文將剝離具體品牌屬性，從通用原理、核心技術特性，構建柱式荷重傳感器的完整知識框架。

LCZ-102A荷重傳感器

一、通用原理：應變效應驅動的 “力 - 電” 轉化核心邏輯

所有柱式荷重傳感器的測量本質，均遵循 “機械形變→電阻變化→電學信號” 的三級轉化鏈路，核心依賴金屬應變效應與惠斯通電橋電路的協同作用，這一原理在不同品牌、不同量程的產品中具有高度共性。

1. 第一級：力的承載與彈性形變（機械系統）

圓柱形彈性體是傳感器的機械核心，通常采用 40CrNiMoA 合金鋼、316L 不銹鋼等材料一體成型，通過熱處理工藝賦予其高彈性極限與抗疲勞性能。當外力（壓力或拉力）作用于彈性體兩端時，會產生與力值成正比的軸向彈性形變：

承受壓力時，彈性體長度微縮、橫截面積微增；

承受拉力時，彈性體長度微伸、橫截面積微減；

形變程度通常控制在微米級，確保外力消失后完全恢復原狀，無永久形變風險。

為提升測量靈敏度，部分高端產品會在彈性體中間段設計 “應力集中區”（如細微縮頸），使形變主要集中于該區域，既放大應變信號，又保護整體結構不受過度應力影響 —— 這一設計邏輯在隆旅 LCZ-102A、斯巴拓 SBT 系列等產品中均有體現。

2. 第二級：形變感知與電阻變化（感知系統）

形變的捕捉依賴貼附在彈性體表面的電阻應變片，這是 “機械量→電學量” 轉化的關鍵節點。行業通用做法是采用 4 片應變片組成測量單元，按 “圓周對稱” 方式貼附：

2 片沿彈性體軸向貼附（主應變片）：直接感知軸向形變，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小；

2 片沿彈性體橫向貼附（補償應變片）：利用泊松效應感知橫向形變，電阻變化方向與軸向相反。

這種對稱布局具有雙重作用：一是使電阻變化量疊加，提升信號強度；二是抵消溫度干擾 —— 環境溫度變化會導致 4 片應變片電阻同步增減，而后續的電橋電路可自動消除這種共性誤差，確保測量精度。應變片的精度直接影響傳感器性能，主流產品多選用進口箔式應變片，靈敏系數通常在 2.0~2.2 之間。

3. 第三級：信號轉化與優化（電路系統）

4 片應變片按全橋方式接入惠斯通電橋電路，構成傳感器的電學核心。其工作過程可分為三個階段：

平衡狀態：無外力作用時，4 片應變片電阻值相等（R1=R2=R3=R4），電橋平衡，輸出電壓為 0；

失衡狀態：外力作用導致應變片電阻變化，電橋失衡，輸出與力值成正比的毫伏級電壓信號（靈敏度通常為 1.0~2.0mV/V）；

信號優化：為抵消環境干擾與工藝誤差，電路中會集成補償模塊 —— 通過熱敏電阻修正溫度誤差（補償范圍通常為 - 40℃~80℃），通過精密電阻修正零點漂移，使綜合測量精度可達 ±0.05% FS~±0.1% FS。

二、核心技術特性：適配不同場景的性能支撐

柱式荷重傳感器的技術特性與其應用場景深度綁定，不同參數組合對應不同的使用需求，核心特性可概括為 “三抗一敏”：

1. 抗過載與抗偏載能力：重載場景的核心保障

柱式結構的天然優勢是抗過載能力強，安全過載通常可達額定載荷的 120%~150%，極限過載甚至可達 200%，這使其成為萬噸級汽車衡、冶金軋機等重載設備的首選構型。針對工業現場常見的偏載問題（載荷未作用于中心軸線），主流產品通過兩種設計優化：

結構優化：采用中空筒式彈性體，使載荷無論作用于端面中心還是邊緣，均能通過筒壁傳遞為均勻軸向應力；

配件適配：底部集成球形支座或調心墊，自動調節受力角度，抵消安裝偏差帶來的側向力干擾。

在青島地鐵高支模監測系統中，柱式傳感器需承受腳手架立桿的偏載壓力，其抗偏載設計直接決定監測數據的可靠性。

2. 抗環境干擾能力：復雜工況的穩定性基礎

工業場景中的粉塵、濕度、電磁場等因素會嚴重影響測量精度，柱式傳感器通過多重設計提升環境適應性：

防護等級：常規產品達 IP67（防塵防水），潮濕、多粉塵場景可選用 IP68（完全防水）甚至 IP69K（高壓噴淋防護）；

材質適配：腐蝕環境（如化工儲罐稱重）選用 316L 不銹鋼，高溫環境（如冶金爐料稱重）選用耐高溫合金；

電路屏蔽：信號線纜采用屏蔽層設計，過濾電磁噪聲，確保在變頻設備、焊接機等強電磁環境中穩定輸出。

3. 動態響應靈敏度：高速場景的測量關鍵

動態響應頻率決定傳感器捕捉瞬時力值變化的能力，通常與彈性體剛度、應變片響應速度相關。常規柱式傳感器動態響應頻率為 200~500Hz，高端型號可突破 1000Hz，適配不同場景：

低速場景（如靜態稱重）：100Hz 以下即可滿足需求；

高速場景（如汽車壓裝、電池極耳焊接）：需 500Hz 以上頻率才能捕捉毫秒級力值波動；

在手機電池 200 公斤荷重測試中，傳感器需在變形量 0.05 毫米以下的微小形變中實現精準測量，動態響應與靈敏度的平衡尤為關鍵。

LCZ-102B荷重傳感器

上一篇：拉壓力傳感器優勢以及應用？
下一篇：數顯壓力控制器如何校準？校準周期多久？