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悬臂梁传感器的工作原理是什么?

发布时间:2025-10-23
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文章来源:http://www.shllsensor.com
悬臂梁传感器本质是一种将力学载荷转化为可测量电信号的器件,核心遵循 “应变效应” 与 “惠斯通电桥” 原理,整体工作流程可分为 4 个关键环节:
1. 力学载荷接收:悬臂结构的受力特性
悬臂梁传感器的核心结构为 “一端固定、一端自由” 的弹性梁(通常为金属材质,如合金钢)。当被测物体(如料斗、平台)的重量或压力作用于自由端时,弹性梁会产生弯曲形变—— 固定端形变最小,自由端形变最大,且形变程度与载荷大小呈线性正相关(在弹性限度内,不会产生永久变形)。
这一结构的优势在于:即使微小载荷(如几十克)也能引发明显形变,因此对小量程、高精度测量场景(如电子秤、配料系统)适配性极强。
2. 应变信号采集:应变片的 “形变 - 电阻转化”
在弹性梁的上下表面(弯曲形变最明显的区域),会粘贴金属应变片(通常为康铜或镍铬合金材质),且上下表面应变片数量相等、连接对称。
当弹性梁弯曲时:
  • 上表面被 “拉伸”,应变片长度变长、截面积变小,电阻值增大

  • 下表面被 “压缩”,应变片长度变短、截面积变大,电阻值减小

  • 应变片电阻变化量(ΔR/R)与弹性梁的形变量(即载荷大小)严格线性相关,这就是 “应变效应” 的核心。

3. 电信号转换:惠斯通电桥的 “差值放大”
所有应变片会组成惠斯通电桥电路(通常为全桥结构,4 片应变片分别作为电桥的 4 个臂),并接入稳定的直流供电电压(如 5V、10V)。
在无载荷时,电桥 4 个臂的电阻相等,输出电压0V(零点平衡);
当有载荷导致应变片电阻变化时,电桥平衡被打破,输出与电阻变化量(即载荷大小)成正比的微弱电压信号(通常为毫伏级,如 1-10mV)。
全桥结构的优势在于:可抵消温度变化、振动等干扰因素(上下表面应变片的温度影响相互抵消),同时使输出信号翻倍,提升测量精度。
4. 信号调理与输出:从 “微弱信号” 到 “标准信号”
传感器内部通常集成信号调理电路(含放大器、滤波模块、温度补偿模块):
  • 放大器将毫伏级信号放大至伏级(如 0-5V)或标准电流信号(如 4-20mA);

  • 滤波模块过滤电磁干扰(如电机、变频器产生的杂波),确保信号稳定;

  • 温度补偿模块抵消环境温度变化对弹性梁、应变片的影响(如温度升高导致的电阻漂移),保证不同温度下的测量精度。

最终输出的标准信号可直接接入显示仪表、PLC 或工业控制系统,实现载荷的数字化显示与自动化控制。

二、隆旅 LCZ - 301A 悬臂梁式传感器:原理落地与产品特性

LCZ-301A悬臂梁传感器--5

LCZ-301A悬臂梁式传感器

隆旅 LCZ - 301A 是典型的小量程悬臂梁传感器,广泛应用于电子台秤、小型料罐称重、自动化配料系统等场景,其结构与功能设计深度贴合上述工作原理,核心特性如下:
1. 结构设计:强化 “形变 - 信号” 转化效率
  • 弹性梁材质:采用 40CrNiMo 合金钢(高强度、高弹性,弹性限度大,可承受 150% 额定载荷的过载冲击而不永久变形),确保形变与载荷的线性关系稳定;

  • 应变片布局:在弹性梁上下表面各粘贴 2 片高精度金属应变片,组成全桥结构,零点漂移≤0.02% FS/℃,温度误差极小;

  • 安装方式:固定端通过螺栓与设备底座刚性连接,自由端预留螺纹孔,可直接连接称重平台或料斗,确保载荷完全传递至弹性梁,减少力损耗。

2. 性能参数:原理优势的实际体现
根据隆旅官方数据,LCZ - 301A 的核心参数与工作原理高度匹配:
  • 量程范围:0 - 50kg、0 - 100kg、0 - 200kg(小量程设计,适配悬臂梁 “微小形变敏感” 的特性);

  • 精度等级:C3 级(误差≤0.02% FS),得益于全桥结构的抗干扰能力与高精度应变片;

  • 输出信号:2.0mV/V(毫伏级信号,需搭配仪表或放大器使用),部分型号可选 4 - 20mA 电流输出(内置信号调理电路);

  • 工作温度:-20℃~60℃,通过温度补偿模块实现宽温域稳定工作,避免温度对形变、电阻的影响。

3. 应用场景:原理与需求的精准适配
以 “小型电子台秤” 应用为例,LCZ - 301A 的工作流程完全遵循原理逻辑:
  1. 物体放置于台秤平台,重量通过平台传递至传感器自由端;

  1. 弹性梁弯曲,上下表面应变片电阻变化;

  1. 惠斯通电桥输出 2.0mV/V 的毫伏信号;

  1. 台秤内置的放大器将信号放大,经 A/D 转换为数字信号,最终在显示屏上显示重量值。

此外,该传感器还支持多只并联使用(如 3 只或 4 只组成称重模块),适用于小型料罐的多点称重,通过系统对多只传感器信号的平均处理,进一步提升测量精度。
三、关键注意事项:确保原理有效落地
在使用隆旅 LCZ - 301A 时,需遵循工作原理的核心逻辑,避免因操作不当影响测量精度:
  1. 载荷方向:需确保载荷垂直作用于自由端,避免侧向力(如斜向拉力)—— 侧向力会导致弹性梁产生非弯曲形变,破坏应变片电阻变化的线性关系,引发误差;

  1. 安装精度:固定端需完全贴合底座,避免松动或倾斜,否则会导致载荷传递不均,使部分应变片无法正常感知形变;

  1. 校准周期:建议每 6 个月进行一次零点校准(无载荷时调整至输出 0mV),避免长期使用后弹性梁疲劳、应变片老化导致的零点漂移;

  1. 环境防护:该传感器防护等级为 IP65(防尘、防溅水),不适用于潮湿或腐蚀性环境,若需在恶劣环境使用,需额外加装防护罩,避免水汽、化学介质损坏应变片与电路。

四、产品介绍:LCZ-303A波纹管式悬臂梁传感器

LCZ-303A悬臂梁传感器

LCZ-303A波纹管式悬臂梁传感器


LCZ-303A 是隆旅推出的密封防护型悬臂梁传感器,核心区别于常规型号的 “波纹管结构”,专为潮湿、多尘等恶劣环境设计,适配小量程高精度称重场景。
1. 核心结构:波纹管密封,强化防护
采用不锈钢波纹管包裹弹性梁与应变片核心部件,防护等级达 IP67/IP68(可选),可抵御粉尘侵入、液体溅淋甚至短期浸泡,避免潮湿、腐蚀性介质损坏应变片,解决常规悬臂梁传感器(如 LCZ-301A)防护不足的痛点。
2. 性能亮点:高精度 + 强稳定性
  • 量程覆盖:0-50kg 至 0-500kg 小量程,满足电子台秤、小型料罐、自动化配料等轻载需求;

  • 精度等级:C3 级(误差≤0.02% FS),全桥应变片设计 + 温度补偿,-20℃~60℃环境下零点漂移小,数据稳定;

  • 输出信号:标准 2.0mV/V 毫伏信号,可搭配仪表或放大器转换为 4-20mA/0-5V 信号,适配工业控制系统。

3. 适配场景:恶劣环境轻载称重
典型用于食品加工(清洗环境)、化工实验室(少量试剂称重)、潮湿车间(小型物料计量)等场景,兼顾防护性与测量精度,安装方式与常规悬臂梁一致(一端固定、一端受力),无需额外适配复杂结构。


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