过载能力是指传感器在不损坏的前提下能够承受的最大力值,通常以额定载荷的百分比表示(如安全过载 150% FS,极限过载 200% FS)。虽然过载能力设计初衷是保护传感器免受意外冲击,但长期过载或频繁过载会对测量准确度产生不可逆的影响。
过载可能导致弹性体发生塑性变形,破坏其内部应力分布。例如,某不锈钢弹性体在承受 150% 过载后,零点输出可能偏移 ±2% FS,线性度误差增加 0.1% FS。这种变形在卸载后无法完全恢复,导致传感器的校准参数失效。此外,过载还可能使应变片与弹性体之间的粘结层受损,引发应变传递失真,进一步加剧误差。
频繁过载会加速材料的疲劳损伤。例如,铝合金弹性体在经历 10⁴次过载循环后,灵敏度可能衰减 0.5%,重复性误差增加 0.2% FS。这一现象在动态加载场景(如汽车碰撞测试)中尤为明显,可能导致传感器在短时间内失效。
为了减小过载的影响,制造商通常采用机械限位或剪切销结构,在过载时限制弹性体变形。例如,某柱式测力传感器通过内置机械挡块,将过载保护阈值设定为 150% FS,有效防止了弹性体的永久变形。此外,选择具有高过载能力的材料(如钛合金)和优化结构设计(如轮辐式)也能提升传感器的抗过载性能。
实际应用中,合理选择量程是避免过载的关键。建议实际负载不超过额定值的 80%,并预留 20%~30% 的安全余量。对于可能发生过载的场景,可采用冗余设计(如多传感器并联)或实时监测系统,一旦检测到过载立即停机。若传感器不慎过载,需进行全面校准或修复。例如,通过施加反向作用力使弹性体恢复部分形变,可将零点误差从 ±5% FS 降低至 ±1% FS。
值得注意的是,过载后的传感器即使外观无损坏,其长期稳定性也可能下降。因此,建议在过载后进行全面性能测试,包括线性度、滞后和重复性等指标,并根据测试结果决定是否继续使用。对于高精度应用,过载后的传感器应强制报废,以确保测量结果的可靠性。
因此可以说过载能力是测力传感器可靠性的重要指标,但其对测量准确度的长期影响不容忽视。通过合理选型、优化设计和严格使用规范,可以有效降低过载风险,保障传感器的长期稳定运行。
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