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特迪亚传感器1040-100KG：力传感器工作原理与应用

发布时间：2024-05-08

有许多物理定律是建立在力的概念上的，力作用于质量为m的物体时，会改变物体的速度。有许多与力有关的概念，如推力、阻力和扭力，当应用于一个物体时，推力会增加物体的速度，而阻力会降低速度，扭矩会引起物体转速的变化。当物体中的力平衡分布时，就看不到加速度。随着技术的进步，人们引入了一种有助于监测力的传感器，即力传感器。我们来看看力传感器的工作原理与应用。

富兰克林爵士在20世纪70年代发现，一些材料在受到外力作用时，会改变其电阻值，这些材料被称为力敏电阻器。这些材料被用来制造一个可以测量力的传感器。力传感器是一种有助于测量施加于物体的力的传感器，通过观察力敏电阻器电阻值的变化量，可以计算出施加的力。

力传感器的一般工作原理是对所施加的力作出响应，并将力值转换成可测量的量。市场上有各种基于各种传感元件的力传感器，大多数力传感器都是使用力敏电阻器设计的，这些传感器由传感膜和电极组成。

力敏电阻器的工作原理是基于接触电阻的特性。力敏电阻器包含一个导电聚合物膜，当力作用于其表面时，该膜以可预测的方式改变其电阻，这种薄膜由排列在基质中的导电和非导电微粒组成，尺寸为亚微米。当力作用于薄膜表面时，微粒接触到传感器电极，改变了薄膜的电阻，电阻值的变化量给出了所施加力的测量值。

为了提高力敏电阻器的性能，人们正在通过多种不同的方法进行各种努力，例如，为了尽量减小聚合物的漂移，正在测试各种电极结构，通过用碳纳米管等新材料代替聚合物，用传感器进行测试等。

力传感器的主要用途是测量施加的力。有各种类型和尺寸的力传感器可用于不同类型的应用。使用力感电阻器的力传感器的一些应用包括开关按键测试，各种插拔力测试、注塑、机器人抓取、压入、汽车压装、自动化组装、3C产品测试、新能源产品组装、医疗检测、模具组装等等。

应变式力传感器是一种力传感器，与其他力传感器相比，具有力敏电阻的力传感器具有体积小、成本低、抗冲击性好等优点。由于体积小，它们被用于便携式电子设备和增强的移动交互。电阻应变式力传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高、横向效应小等优点。

力传感器为电阻应变片式，主要由弹性体、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。

应变片式压力传感器测量原理：当压力传感器弹性体在外力的作用下产生形变，附着于弹性体上的电阻应变片随即弯曲，电阻应变片阻值发生变化，再经测量电路将阻值变化转换为电信号(一般为毫伏信号)。

弹性体：弹性体即压力传感器外壳，主要材质有铝合金、合金钢、不锈钢。

电阻应变片：电阻应变片压力是传感器最重要的组成部分，常用的应变片基材采用高分子薄膜材料，应变材质通常为高纯度康铜。电阻应变片通过脱水粘贴在弹性体上，弹性体受力形变，应变片随即跟着形变，从而改变电阻值。

测量电路：通过惠斯登电桥把电阻应变片的电阻变化转变为毫伏信号输出。