過載能力是指傳感器在不損壞的前提下能夠承受的最大力值,通常以額定載荷的百分比表示(如安全過載 150% FS,極限過載 200% FS)。雖然過載能力設計初衷是保護傳感器免受意外沖擊,但長期過載或頻繁過載會對測量準確度產生不可逆的影響。
過載可能導致彈性體發生塑性變形,破壞其內部應力分布。例如,某不銹鋼彈性體在承受 150% 過載后,零點輸出可能偏移 ±2% FS,線性度誤差增加 0.1% FS。這種變形在卸載后無法完全恢復,導致傳感器的校準參數失效。此外,過載還可能使應變片與彈性體之間的粘結層受損,引發應變傳遞失真,進一步加劇誤差。
頻繁過載會加速材料的疲勞損傷。例如,鋁合金彈性體在經歷 10?次過載循環后,靈敏度可能衰減 0.5%,重復性誤差增加 0.2% FS。這一現象在動態加載場景(如汽車碰撞測試)中尤為明顯,可能導致傳感器在短時間內失效。
為了減小過載的影響,制造商通常采用機械限位或剪切銷結構,在過載時限制彈性體變形。例如,某柱式測力傳感器通過內置機械擋塊,將過載保護閾值設定為 150% FS,有效防止了彈性體的永久變形。此外,選擇具有高過載能力的材料(如鈦合金)和優化結構設計(如輪輻式)也能提升傳感器的抗過載性能。
實際應用中,合理選擇量程是避免過載的關鍵。建議實際負載不超過額定值的 80%,并預留 20%~30% 的安全余量。對于可能發生過載的場景,可采用冗余設計(如多傳感器并聯)或實時監測系統,一旦檢測到過載立即停機。若傳感器不慎過載,需進行全面校準或修復。例如,通過施加反向作用力使彈性體恢復部分形變,可將零點誤差從 ±5% FS 降低至 ±1% FS。
值得注意的是,過載后的傳感器即使外觀無損壞,其長期穩定性也可能下降。因此,建議在過載后進行全面性能測試,包括線性度、滯后和重復性等指標,并根據測試結果決定是否繼續使用。對于高精度應用,過載后的傳感器應強制報廢,以確保測量結果的可靠性。
因此可以說過載能力是測力傳感器可靠性的重要指標,但其對測量準確度的長期影響不容忽視。通過合理選型、優化設計和嚴格使用規范,可以有效降低過載風險,保障傳感器的長期穩定運行。
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