一維力傳感器(也稱為單軸力傳感器)本身設(shè)計(jì)上并不是用來承受力矩的,其承受力矩的能力非常有限,甚至可以認(rèn)為是零。

這與其設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)密切相關(guān):
設(shè)計(jì)目標(biāo): 一維力傳感器經(jīng)過精密設(shè)計(jì)和校準(zhǔn),專門用于測量單一方向(通常是軸向)的拉力或壓力。其內(nèi)部的應(yīng)變片布局和機(jī)械結(jié)構(gòu)都針對這一目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。
力矩的影響:
測量失真: 當(dāng)有力矩(扭轉(zhuǎn)力矩或彎曲力矩)作用在傳感器上時(shí),傳感器內(nèi)部會產(chǎn)生不均勻的應(yīng)變。這會導(dǎo)致傳感器輸出信號不僅包含真實(shí)的軸向力分量,還混入了力矩引起的信號(交叉干擾),導(dǎo)致測量結(jié)果嚴(yán)重失真、不準(zhǔn)確。
結(jié)構(gòu)損傷: 力矩會在力傳感器結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生局部過載。即使施加的軸向力在傳感器的額定載荷范圍內(nèi),力矩產(chǎn)生的局部應(yīng)力也可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳感器材料或應(yīng)變片的極限,導(dǎo)致:

應(yīng)變片損壞: 最敏感的元件直接失效。
彈性體塑性變形: 傳感器本體發(fā)生不可恢復(fù)的變形,精度永久性下降。
結(jié)構(gòu)斷裂: 在極端情況下,傳感器可能直接斷裂。
疲勞失效: 即使力矩沒有立即損壞傳感器,長期或反復(fù)的力矩作用也會加速傳感器的疲勞失效,大大縮短其使用壽命。
技術(shù)規(guī)格中的體現(xiàn): 負(fù)責(zé)任的傳感器制造商通常會在技術(shù)規(guī)格表中明確列出傳感器可以承受的最大側(cè)向力或彎矩。這個(gè)值通常遠(yuǎn)小于傳感器的額定軸向載荷(可能只有額定載荷的1%-10%,甚至更低),并且:
這個(gè)值通常是指傳感器能夠承受而不損壞的極限值,并非測量值。 在這個(gè)力矩下測量精度已經(jīng)變得非常差甚至完全不可用。
這個(gè)值通常是指靜態(tài)的、一次性的極限值,不代表可以長期或反復(fù)承受。
很多低成本的測力傳感器甚至不提供這個(gè)參數(shù),或者直接標(biāo)明“不能承受側(cè)向力/力矩”。
總結(jié)與關(guān)鍵點(diǎn):
避免力矩: 一維力傳感器應(yīng)嚴(yán)格避免承受任何顯著的力矩(彎曲或扭轉(zhuǎn))。這是正確使用一維力傳感器的首要原則。
核心要求: 必須確保施加的力嚴(yán)格沿著傳感器的測量軸線,并且作用點(diǎn)通過傳感器的中心,避免產(chǎn)生杠桿臂(偏心力)。
安裝至關(guān)重要: 正確的安裝(使用合適的夾具、萬向節(jié)、球窩接頭等)對于消除或最小化彎矩至關(guān)重要。

需要測量力矩怎么辦? 如果您的應(yīng)用場景中必然存在力矩,并且您需要測量這些力矩,那么您需要使用多維力傳感器(如三軸力傳感器、六軸力/力矩傳感器)。這類傳感器專門設(shè)計(jì)用于同時(shí)測量多個(gè)方向的力和力矩。
簡而言之:一維力傳感器對力矩極其敏感和脆弱。將其力矩承受能力視為“零”來設(shè)計(jì)和安裝您的系統(tǒng)是最安全的做法。任何顯著的力矩都可能損壞傳感器或?qū)е聹y量完全失效。


