轴销荷重传感器工作原理

轴销荷重传感器是一种将机械载荷转化为可测量电信号的专用传感器，其工作原理基于应变效应与惠斯通电桥电路，核心是通过空心截面圆轴的弹性形变引发电阻变化，最终输出与载荷成比例的电压信号。以下是其工作原理的详细介绍：

一、核心结构与材料

• 弹性元件：采用整体空心截面圆轴设计，材质多为合金钢或不锈钢，具有高强度、抗扭转和抗弯曲能力。这种结构既能承受剪力作用，又能产生显著的应变场，为电阻应变片提供理想的变形基础。
• 电阻应变片：双剪型电阻应变计粘贴于中心孔内凹槽中心位置，通过检测弹性体受力后的微小形变，将机械信号转换为电阻变化信号。

二、力学模型与应变测量

• 力学模型：可简化为两端简支中间受集中载荷的空心截面梁。当载荷作用于轴销时，中性轴处产生最大应力，通过测量该区域的应变即可推算载荷大小。
• 应变测量优化：通过中心孔凹槽布局应变测量器并优化倾斜角度修正机制，降低载荷位置变化导致的误差，确保测量精度。

三、信号转换与电路设计

• 惠斯通电桥电路：采用全桥式等臂电桥结构，两个凹槽处的双剪型电阻应变计共同组成电桥，或分别组成电桥后并联测量。当弹性体受力变形时，电桥平衡被打破，输出与载荷成比例的电压信号。
• 抗干扰设计：全桥结构可自动抵消温度变化、侧向力等干扰因素，提升信号稳定性。部分产品还采用抽真空充惰性气体密封工艺，进一步提高防护等级（如IP67-IP69K）。

四、工作过程与信号输出

• 载荷施加：当轴销承受径向载荷或钢丝绳张力时，空心截面圆轴发生弹性形变，中性轴处应变最大。
• 电阻变化：粘贴于凹槽处的电阻应变片随弹性体形变产生电阻变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小。
• 电桥输出：惠斯通电桥检测电阻变化并转换为电压信号，输出信号强度与载荷大小成线性关系。
• 信号处理：输出的微弱电压信号需通过变送器转换为4-20mA电流信号或数字信号，以便后续采集、传输和处理。

五、性能特点与应用优势

• 结构紧凑：整体式设计省去了传统传感器的保护外壳、加载压头和承载底座，可直接替代机械轴类零件安装于吊钩、滑轮组等部件。
• 安装便捷：根据不同用途可方便地安装在两金属结构联接处的挂钩、索具卸扣、动滑轮（组）、定滑轮（组）等位置，简化称重测力控制系统。
• 高精度与可靠性：综合精度可达0.5%-1%FS，工作温度范围宽（-40℃至+80℃），适用于卷扬式启闭机、集装箱起重机等场景的过载保护与张力监测。
• 定制化能力强：可根据客户不同需求定制不同量程、尺寸和防护等级的传感器，满足多样化应用场景。