平行梁称重测力传感器的形变量通常在0.1mm至1mm 范围内,具体数值取决于以下因素:
1. 影响形变量的关键因素
因素 | 影响机制 | 典型范围 |
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额定载荷 | 满量程载荷越大,形变量越大(但设计时会通过几何优化控制形变)。 | 0.1~1 mm(常见工业传感器) |
材料弹性模量 | 弹性模量越低(如铝合金),形变量越大;高弹性模量材料(如钢)形变更小。 | 钢:0.1~0.5 mm(满量程) |
结构几何参数 | 梁长度(L)越长、厚度(h)越薄,形变量显著增加(形变量与 成正比)。 | 优化设计后通常 <1 mm |
安装方式 | 双端固支结构比悬臂梁形变更小,平行梁设计通过对称性平衡形变。 | 固支结构形变量降低30%~50% |
2. 计算公式与示例
形变量(挠度)公式:
δ=FL3/3EI-
:施加的力(N)
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:梁的有效长度(mm)
:弹性模量(N/mm²,钢约200,000 N/mm²)示例计算(钢制平行梁,额定载荷100 kg):
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满量程力:F=100kg×9.8m/S2≈980N
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挠度:δ=980×1003/(3×200000×208.33)≈0.78mm
3. 实际应用中的典型值
载荷范围 材料 典型形变量 应用场景 10~50 kg 铝合金 0.3~1.0 mm 小型电子秤、包装设备 50~500 kg 合金钢 0.1~0.5 mm 工业平台秤、过程控制 500~5000 kg 不锈钢/合金钢 0.05~0.3 mm 重型衡器、仓储称重 -
4. 形变量与性能的平衡
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灵敏度与形变量:
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形变量越大,应变片信号越强(灵敏度高),但需避免超出材料的弹性极限(钢的弹性极限应变约0.2%)。
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设计时通常控制最大应变在 500~3000 με(微应变,1 με=1×10⁻⁶),对应形变量约 0.05~0.3 mm(视梁长度而定)。
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结构可靠性:
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过大的形变量可能导致疲劳失效,需通过有限元分析(FEA)优化梁的几何形状(如增加厚度或缩短长度)。
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5. 注意事项
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过载保护:平行梁称重传感器形变量小,但超载可能导致永久变形,需设置机械限位。
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温度影响:材料热膨胀系数差异可能引入误差,需通过温度补偿电路或选用低膨胀合金(如殷钢)。
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动态载荷:高频动态载荷下需关注固有频率(一般平行梁传感器固有频率在数百Hz),避免共振。
平行梁称重传感器的形变量通常控制在0.1~1mm范围内,具体数值由材料、几何设计和额定载荷共同决定。钢制传感器在满量程时形变量约为 0.1~0.5 mm,铝合金略高。实际选型时需平衡灵敏度、结构强度及安装空间限制,并参考厂商提供的技术参数(如非线性误差、滞后、重复性)
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