拉力傳感器基本原理與結(jié)構(gòu)差異:拉力傳感器與壓力傳感器皆屬力傳感器類別,核心測量原理均基于應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)彈性體受力產(chǎn)生變形時(shí),粘貼在其表面的應(yīng)變片會(huì)隨之發(fā)生電阻變化,經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換,最終輸出電信號(hào)。不過,二者在受力方向與彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在本質(zhì)區(qū)別:
拉力傳感器:彈性體結(jié)構(gòu)常見為柱式、S 型或輪輻式,配備拉環(huán)、掛鉤等受力附件,專為承受沿軸線方向的拉伸載荷而設(shè)計(jì)。其極限壓力承受能力通常僅為額定拉力的 10%-20%(具體數(shù)值依結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而定)。
壓力傳感器:采用活塞式、膜片式或壓式結(jié)構(gòu),具有平面承壓面。彈性體經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì),適用于承受軸向壓縮載荷,部分型號(hào)可承受高達(dá)額定壓力 150% 的過載壓力。
結(jié)構(gòu)適應(yīng)性局限
常規(guī)拉力傳感器的彈性體在受壓時(shí),可能會(huì)發(fā)生屈曲變形(例如細(xì)長柱體結(jié)構(gòu)),從而致使非線性誤差大幅增大。以某型號(hào) S 型拉力傳感器(量程 10kN)為例,當(dāng)承受 5kN 壓力時(shí),其非線性誤差從 0.1% FS 急劇上升至 1.2% FS,遠(yuǎn)超工業(yè)測量精度標(biāo)準(zhǔn)。
雙向力傳感器的特殊設(shè)計(jì)
部分高端型號(hào)通過優(yōu)化彈性體結(jié)構(gòu)(如采用雙彎曲梁設(shè)計(jì)或十字梁結(jié)構(gòu)),得以實(shí)現(xiàn)拉壓雙向測量。這類傳感器通常會(huì)標(biāo)注 “± 量程” 參數(shù),比如 ±50kN,意味著可同時(shí)測量 50kN 的拉力和 50kN 的壓力,典型精度等級(jí)可達(dá) 0.05% FS。
工程應(yīng)用中的注意要點(diǎn)
使用拉力傳感器測量壓力時(shí),需滿足以下條件:
壓力載荷不得超過傳感器標(biāo)注的最大允許壓力(并非拉力量程,需查閱產(chǎn)品手冊)。
加載方式必須確保軸向?qū)χ?,避免產(chǎn)生附加彎矩(建議使用球面墊圈等調(diào)心附件)。
對于非雙向設(shè)計(jì)的傳感器,需通過實(shí)驗(yàn)確定壓力測量時(shí)的修正系數(shù)(例如某柱式拉力傳感器在壓力測量時(shí)需乘以 0.985 的修正因子)。
拉力傳感器能否用于壓力測量,取決于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與量程參數(shù)。常規(guī)單向拉力傳感器僅能承受有限壓力(通常小于額定拉力的 20%),用于壓力測量時(shí),必須嚴(yán)格驗(yàn)證精度與結(jié)構(gòu)安全性;專用雙向力傳感器通過特殊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)拉壓雙向測量,適用于需要同時(shí)監(jiān)測拉壓載荷的場景。在工程實(shí)踐中,應(yīng)依據(jù)具體測量需求(量程、精度、載荷類型)合理選擇傳感器類型,必要時(shí)通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和信號(hào)處理來確保測量的可靠性。