過載能力是傳感器在短時間內(nèi)承受超過量程載荷的能力,通常以安全過載(120%-150% FS)和極限過載(200% FS)表示。動態(tài)響應(yīng)特性則描述傳感器對快速變化力的跟蹤能力,通常以響應(yīng)時間或頻率響應(yīng)表示。
過載能力直接關(guān)系到傳感器的可靠性和使用壽命。例如,在汽車碰撞測試中,傳感器需承受瞬間沖擊力(可達(dá)量程的數(shù)倍),此時安全過載設(shè)計可防止彈性體永久變形。然而,頻繁過載會導(dǎo)致材料疲勞,例如鋁合金彈性體在 10?次循環(huán)載荷后可能出現(xiàn) 0.2% 的靈敏度衰減。因此,需根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的過載保護(hù)機(jī)制,如機(jī)械限位或剪切銷結(jié)構(gòu)。
動態(tài)響應(yīng)特性對于高速變化的力測量至關(guān)重要。例如,在振動分析和沖擊測試中,傳感器的響應(yīng)頻率需覆蓋數(shù)十 Hz 至數(shù)千 Hz 的范圍。應(yīng)變片式傳感器的固有頻率較高,適合高頻應(yīng)用;而壓電式傳感器響應(yīng)速度更快,可支持每秒 10 次以上的快速稱重。動態(tài)響應(yīng)不足會導(dǎo)致數(shù)據(jù)滯后,例如在自動化生產(chǎn)線中,50ms 以上的響應(yīng)時間可能引發(fā)物料分揀錯誤。
材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響過載能力和動態(tài)響應(yīng)的關(guān)鍵因素。高強(qiáng)度材料(如合金鋼)可提升過載能力,而薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計可降低質(zhì)量,提高響應(yīng)速度。例如,輪輻式結(jié)構(gòu)設(shè)計賦予傳感器高抗偏載能力和穩(wěn)定性,適合動態(tài)稱重場景。此外,信號處理電路的優(yōu)化(如采用高速 AD 轉(zhuǎn)換芯片)可進(jìn)一步提升動態(tài)性能。
不同行業(yè)對過載和動態(tài)性能的需求差異顯著。在物流倉儲中,堆垛機(jī)稱重傳感器需具備快速動態(tài)響應(yīng)(≤50ms),以適應(yīng)高頻存取作業(yè)。而在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中,傳感器需長期穩(wěn)定監(jiān)測靜態(tài)載荷,過載能力和抗蠕變性能更為關(guān)鍵。汽車制造中的碰撞測試傳感器則需同時具備高過載能力(如 150% FS)和高頻響應(yīng)(>1000Hz),以捕捉瞬間沖擊力。