新聞中心NEWS CENTER

如何查詢傳感器彈性參數

發布時間：2025-09-12
瀏覽次數：83
文章來源：http://www.lygdysw.com

傳感器的彈性模量（Young's Modulus）和泊松比（Poisson's Ratio）是描述其核心彈性元件（如金屬梁、膜片、橋式應變片基底等）力學特性的關鍵參數，直接影響傳感器的測量精度、靈敏度和穩定性—— 尤其是對基于 “彈性變形” 原理工作的傳感器（如應變式壓力傳感器、稱重傳感器、位移傳感器等），這兩個參數是設計和校準的核心依據。

一、彈性模量（E）：衡量 “材料抵抗拉伸 / 壓縮變形的能力”

彈性模量又稱 “楊氏模量”，是表征材料在彈性變形階段（外力移除后能恢復原狀的階段），抵抗拉伸或壓縮變形的物理量，反映了材料的 “剛性”：彈性模量越大，材料越不容易被拉斷或壓變形。

1. 物理定義與公式

當材料受到軸向拉力（或壓力）時，會產生軸向的伸長（或縮短）。彈性模量的定義為：材料軸向應力（σ）與軸向應變（ε）的比值，公式如下：

(E = frac{sigma}{varepsilon})

應力（σ）：單位面積上承受的力，單位為帕斯卡（Pa，1Pa=1N/m2），工程中常用兆帕（MPa，1MPa=10?Pa）或吉帕（GPa，1GPa=10?Pa）；
應變（ε）：材料軸向變形量與原始長度的比值（無量綱），例如長度從 100mm 伸長到 100.01mm，應變 ε=(100.01-100)/100=1×10??。

2. 對傳感器的核心影響（以應變式傳感器為例）

應變式傳感器的核心是 “彈性元件 + 應變片”：外力作用于彈性元件，使其產生微小應變，應變片將應變轉化為電阻變化，最終輸出電信號。彈性模量的影響體現在：

決定靈敏度：在相同外力下，彈性模量 E 越小的材料，彈性元件的應變 ε 越大（由 E=σ/ε 推導，ε=σ/E），應變片的電阻變化更明顯，傳感器靈敏度更高；
決定量程與穩定性：E 越大的材料（如鋼、鈦合金），剛性越強，能承受更大外力而不超過彈性極限，適合大量程、高穩定性的傳感器（如工業稱重傳感器）；E 較小的材料（如鋁合金、銅合金），適合小量程、高靈敏度的傳感器（如微型壓力傳感器）。

3. 常見傳感器彈性材料的彈性模量（參考值）

材料類型	彈性模量 E（GPa）	適用傳感器場景
結構鋼（45# 鋼）	200-210	工業稱重、大壓力傳感器
不銹鋼（304）	190-200	耐腐蝕環境的壓力、位移傳感器
鋁合金（6061）	68-70	輕量化、小量程傳感器
鈦合金（TC4）	110-115	高精度、抗疲勞的航空航天傳感器

二、泊松比（ν）：衡量 “材料橫向變形與軸向變形的關系”

泊松比是表征材料在軸向受力變形時，橫向變形規律的參數：當材料受到軸向拉力而軸向伸長時，橫向會同時收縮；反之，軸向受壓縮短時，橫向會膨脹。泊松比描述了這種 “軸向變形” 與 “橫向變形” 的比例關系。

1. 物理定義與公式

泊松比的定義為：材料橫向應變（ε?）與軸向應變（ε?）的比值的絕對值，公式如下：

(nu = left| frac{varepsilon_t}{varepsilon_a} right|)

橫向應變（ε?）：材料橫向尺寸（如直徑、寬度）的變化量與原始尺寸的比值（收縮時為負值，膨脹時為正值）；
軸向應變（ε?）：材料軸向尺寸的變化量與原始尺寸的比值（拉伸時為正值，壓縮時為負值）；
由于橫向變形與軸向變形方向相反（拉則橫縮，壓則橫脹），比值本身為負，因此取絕對值，使泊松比始終為正值。

2. 對傳感器的核心影響

泊松比雖不直接決定傳感器的靈敏度，但會影響彈性元件的實際變形狀態和應力分布，進而間接影響測量精度，尤其對以下傳感器關鍵：

避免 “橫向干擾”：部分傳感器（如單向力傳感器）需僅響應軸向力，但實際受力可能伴隨橫向力。若彈性材料泊松比過大，橫向力會引發明顯的軸向應變，導致 “交叉干擾誤差”；因此這類傳感器需選擇泊松比穩定、且與設計匹配的材料；
優化彈性元件結構：例如壓力傳感器的 “膜片”（核心彈性元件），在壓力作用下會產生軸向彎曲變形，同時伴隨橫向收縮。設計時需結合泊松比計算膜片的應力分布，避免局部應力過大導致永久變形或疲勞損壞；
應變片粘貼位置校準：應變片需粘貼在彈性元件 “應變最大且穩定” 的位置（如梁式元件的側面）。若忽略泊松比，可能誤將 “橫向應變” 當作 “軸向應變” 采集，導致測量偏差。

3. 常見傳感器彈性材料的泊松比（參考值）

絕大多數固體材料的泊松比在0.2-0.45之間，無單位（無量綱）：

材料類型	泊松比 ν（參考值）	特點
金屬材料（鋼、鋁、鈦）	0.25-0.35	泊松比穩定，適合高精度傳感器
橡膠類材料	0.45-0.5	橫向變形接近軸向變形，不適合剛性傳感器
陶瓷材料（氧化鋁）	0.2-0.25	泊松比小，剛性強，適合高溫傳感器

三、核心總結：為什么傳感器需要關注這兩個參數？

決定測量原理的可行性：基于 “彈性變形” 的傳感器（如應變式、壓電式），本質是通過材料的變形轉化為電信號，而彈性模量和泊松比是描述 “力 - 變形” 關系的核心物理量；
影響精度與穩定性：彈性模量的溫度系數（溫度變化導致 E 變化）、泊松比的穩定性，會直接影響傳感器的零點漂移、量程誤差，是高精度傳感器（如 0.1 級稱重傳感器）設計中必須校準的參數；
指導材料選型：例如，需要 “高靈敏度 + 小量程” 選低 E 材料，需要 “大量程 + 抗疲勞” 選高 E 材料；需要 “抗橫向干擾” 選低 ν 材料，避免誤差。

簡言之，彈性模量和泊松比是傳感器 “力學性能” 的基石，直接關聯其測量能力和可靠性，尤其對工業級、高精度傳感器至關重要。

隆旅稱重傳感器是上海隆旅電子推出的具有多樣類型，適配多種場景的一系列稱重傳感器產品，其部分典型產品介紹如下：

LCZ-302A 平行梁式傳感器：其彈性體采用剪切或彎曲懸臂結構，量程 50kg 至 500kg，輸出靈敏度 2.0±0.05mV/V，防護等級 IP66，具備結構強度高、精度高、安裝方便等優勢，適合衡器制造及各類需拉伸或壓縮力承載測量的工業測力稱重場景。

LCZ-304A 耐折彎懸臂梁傳感器：具有精度高、安裝簡便、性能穩定及結構新穎等特點，其專為水泥抗折試驗設計，可廣泛應用于水泥、建材、路橋等相關行業。