力傳感器的原理

大家可能會(huì)對(duì)傳感器非常陌生，但是小兔相信大部分從事修理行業(yè)的朋友，對(duì)于力傳感器并不陌生，對(duì)它采用的工作原理也是再熟悉不過(guò)了吧，力傳感器是采用了各種力學(xué)原理，并且采用了數(shù)學(xué)中的原理通過(guò)力的作用，將接受到的外界信息經(jīng)過(guò)加工處理，再通過(guò)傳感器進(jìn)行傳輸。也有很多的朋友對(duì)于它的工作原理好奇，那么小兔來(lái)為大家解析一下。

力學(xué)傳感器是將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，力學(xué)量可分為幾何學(xué)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)量及力學(xué)量三部分，其中幾何學(xué)量指的是位移、形變、尺寸等，運(yùn)動(dòng)學(xué)量是指幾何學(xué)量的時(shí)間函數(shù)，如速度、加速度等。力學(xué)量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應(yīng)力等。根據(jù)被測(cè)力學(xué)的不同，這里我們首先要介紹的是應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變式壓力傳感器。

在以后的網(wǎng)頁(yè)中，我們將逐步介紹其它類(lèi)型的力學(xué)傳感器。[學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。

下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器。[了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。

通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。[屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。

根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。

力傳感器采用了大部分的力學(xué)原理，其中包括了力學(xué)理論的三個(gè)部分，所以才稱之為力傳感器，力傳感器的類(lèi)型也是多種多樣，不過(guò)主要采用的原理都是大同小異的，因?yàn)槎己土τ邢嚓P(guān)性，所以力傳感器也廣泛應(yīng)用在稱重這一環(huán)節(jié)，根據(jù)小兔的了解力傳感器在很多的地泵中都有應(yīng)用，用來(lái)對(duì)一些大型的可移動(dòng)的物體進(jìn)行稱重。對(duì)于它的工作原理就介紹到這里了。

而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。[阻應(yīng)變片的工作原理[屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示[中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率(Ω·cm體的截面積(cm

了大部分的力學(xué)原理，其中包括了力學(xué)理論的三個(gè)部分，所以才稱之為力傳感器，力傳感器的類(lèi)型也是多種多樣，不過(guò)主要采用的原理都是大同小異的，因?yàn)槎己土τ邢嚓P(guān)性，所以力傳感器也廣泛應(yīng)用在稱重這一環(huán)節(jié)，根據(jù)小兔的了解力傳感器在很多的地泵中都有應(yīng)用，用來(lái)對(duì)一些大型的可移動(dòng)的物體進(jìn)行稱重。對(duì)于它的工作原理就介紹到這里了。

光纖測(cè)力傳感器

光纖測(cè)力傳感器通常由兩個(gè)部分組成：光纖和測(cè)量頭。為了方便測(cè)量，測(cè)量頭上通常會(huì)有一個(gè)紅色的指示頭（即“紅頭”），也可以稱之為光纖測(cè)力傳感器的“取力頭”。在測(cè)量前，請(qǐng)確保正確安裝好光纖測(cè)力傳感器，以及校準(zhǔn)儀器。以下是使用光纖測(cè)力傳感器測(cè)試材料的步驟：

1、傳感器的測(cè)量范圍和分辨率是否適合您的測(cè)量需求。

2、在您要測(cè)試的材料上。測(cè)量頭應(yīng)該安裝在材料上的正常工作方向上，并且光纖的方向應(yīng)與材料的主軸方向垂直。

3、通電并預(yù)熱。光纖測(cè)力傳感器需要預(yù)熱一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定的測(cè)量狀態(tài)，具體時(shí)間取決于儀器型號(hào)和廠家的規(guī)定。

4、進(jìn)行測(cè)量。將材料應(yīng)用于受力狀態(tài)，并記錄光纖測(cè)力傳感器讀數(shù)。注意，應(yīng)用負(fù)載時(shí)需要緩慢增加負(fù)載，以免突然超載導(dǎo)致儀器損壞。

5、根據(jù)測(cè)量結(jié)果和光纖傳感器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出材料受力狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3、力傳感器類(lèi)型 不同的類(lèi)型不同的功能

傳感器的種類(lèi)多種多樣，而且傳感器采用的原理也是多種多樣的，不知道大家有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)力傳感器，它也是傳輸信息的一種感應(yīng)器，力傳感器的組成簡(jiǎn)單就由三部分組成，但是它的質(zhì)量特別好，并且應(yīng)用非常廣泛，在很多的測(cè)量方面的工作上都有應(yīng)用，并且力傳感器的種類(lèi)類(lèi)型也是多種多樣的，它們的應(yīng)用也是各不相同的，但是都屬于傳感器這一類(lèi)，小兔來(lái)具體大介紹一下它們。

應(yīng)變管式

在筒壁上貼有，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片,另一半作為測(cè)量應(yīng)變片。當(dāng)沒(méi)有壓力時(shí)4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路;當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時(shí),圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過(guò)垂鏈形狀的膜片傳遞被測(cè)壓力。應(yīng)變管式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、適用性強(qiáng)，在火箭彈、炮彈和火炮的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方面有廣泛應(yīng)用。

膜片式

它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時(shí)，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱恪Ｒ虼顺０褍蓚€(gè)應(yīng)變片分別貼在正負(fù)最大應(yīng)變處，并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補(bǔ)償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計(jì)(見(jiàn)電阻應(yīng)變計(jì))則能最大限度地利用膜片的應(yīng)變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產(chǎn)品是將彈性敏感元件和應(yīng)變片的作用集于單晶硅膜片一身，即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴(kuò)散制作電阻條，并采用周邊固定結(jié)構(gòu)制成的固態(tài)壓力傳感器(見(jiàn)壓阻式傳感器)。

應(yīng)變梁式

測(cè)量較小壓力時(shí)，可采用固定梁或等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過(guò)傳力桿傳遞給應(yīng)變梁。圖3中兩端固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點(diǎn)，應(yīng)變片就貼在這些地方。這種結(jié)構(gòu)還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構(gòu)成。

組合式

在組合式應(yīng)變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應(yīng)變?cè)?。感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變?cè)?yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變?cè)淖畲髴?yīng)變處。實(shí)際上較復(fù)雜的應(yīng)變管式和應(yīng)變梁式都屬于這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應(yīng)變?cè)袘冶哿骸⒐潭?、Π形梁、環(huán)形梁、薄壁筒等。它們之間可根據(jù)不同需要組合成多種型式。應(yīng)變式壓力傳感器主要用來(lái)測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動(dòng)力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道壓力等等。

力傳感器的分類(lèi)也是很多的，它可以分個(gè)六個(gè)不同的方式進(jìn)行傳遞信息，在使用過(guò)程中力傳感器可能會(huì)出現(xiàn)一些故障，或直接導(dǎo)致傳感器損壞不能使用，那么我們就要對(duì)它進(jìn)行更換，我們?cè)诟鼡Q時(shí)要注意，將現(xiàn)在的力傳感器的位置與原來(lái)得力傳感器的位置進(jìn)行重合，千萬(wàn)不要私自變換它的位置。還有就是我們要根據(jù)自己的需求，去挑選購(gòu)買(mǎi)適合自己的力傳感器。

4、力傳感器的作用介紹

不知道大家是如何理解力傳感器的作用的?下面我就來(lái)為大家介紹一下什么是力傳感器的作用吧說(shuō)，就是一種將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出的電子元件。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是等于一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，一種東西升級(jí)為另一種更為科學(xué)，更為人們所需要的一種物質(zhì)。然而，力傳感器也有一定的力度受限標(biāo)準(zhǔn)的，也會(huì)有規(guī)定了力傳感器的受力方面的。

力傳感器主要由三個(gè)部分組成:第一，力敏元件，即彈性體，常見(jiàn)的材料有鋁合金，合金鋼和不銹鋼;第二，轉(zhuǎn)換元件，最為常見(jiàn)的是電阻應(yīng)變片;第三，電路部分，一般有漆包線，pcb板等。主要分類(lèi)有四種：第一，應(yīng)變管式，在筒壁上貼有，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片,另一半作為測(cè)量應(yīng)變片。當(dāng)沒(méi)有壓力時(shí)4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路;當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時(shí),圓筒變形成"腰鼓形",使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過(guò)垂鏈形狀的膜片傳遞被測(cè)壓力。應(yīng)變管式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、適用性強(qiáng)，在火箭彈、炮彈和火炮的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方面有廣泛應(yīng)用;第二，膜片式，它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時(shí)，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱恪?/span>

因此常把兩個(gè)應(yīng)變片分別貼在正負(fù)最大應(yīng)變處，并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補(bǔ)償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計(jì)(見(jiàn)電阻應(yīng)變計(jì))則能最大限度地利用膜片的應(yīng)變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產(chǎn)品是將彈性敏感元件和應(yīng)變片的作用集于單晶硅膜片一身，即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴(kuò)散制作電阻條，并采用周邊固定結(jié)構(gòu)制成的固態(tài)壓力傳感器(見(jiàn)壓阻式傳感器;第三，應(yīng)變粱式，測(cè)量較小壓力時(shí)，可采用固定梁或等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過(guò)傳力桿傳遞給應(yīng)變梁。圖3中兩端固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點(diǎn)，應(yīng)變片就貼在這些地方。這種結(jié)構(gòu)還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構(gòu)成;第四，組合式，在組合式應(yīng)變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應(yīng)變?cè)?。感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變?cè)?yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變?cè)淖畲髴?yīng)變處。

實(shí)際上較復(fù)雜的應(yīng)變管式和應(yīng)變梁式都屬于這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應(yīng)變?cè)袘冶哿骸⒐潭?、Π形梁、環(huán)形梁、薄壁筒等。它們之間可根據(jù)不同需要組合成多種型式。應(yīng)變式壓力傳感器主要用來(lái)測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動(dòng)力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道壓力等等。

以上就是分別為大家介紹了什么是力傳感器；力傳感器的幾個(gè)組成部分；力傳感器的幾個(gè)主要分類(lèi)。相信大家都對(duì)力傳感器的作用都有了一定的了解，希望廣大愛(ài)好了解力傳感器的愛(ài)好者能夠受益，無(wú)論在工作上，還是生活上都能在這方面略有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也希望在力傳感器領(lǐng)域上的各大人士把它做得更好，在我們現(xiàn)實(shí)生活中，得多更多的贊同。