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力傳感器的基本原理

力傳感器在我們的工業(yè)區(qū)的當(dāng)中使用非常的廣泛，目前有很多企業(yè)都比較重視力傳感器的安裝以及使用，我們在使用力傳感器

的時候，首先要對力傳感器的功能以及原理有一定的了解，在工作當(dāng)中我們才能測量高精準(zhǔn)度，力傳感器的優(yōu)點：它具有精度

高，測量范圍寬，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，良好的頻率響應(yīng)的優(yōu)勢。

力傳感器是一種將力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵龅碾娮釉�件，產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定、使用靈活、可靠性高等優(yōu)點。力傳感器的產(chǎn)品種

類眾多，今天我們就來介紹一下力傳感器的常用產(chǎn)品類型，希望可以幫助用戶更好的應(yīng)用產(chǎn)品。

應(yīng)變管式

　　在筒壁上貼有2片或4片應(yīng)變片，其中一半貼在實心部分作為溫度補償片,另一半作為測量應(yīng)變片。當(dāng)沒有壓力時 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,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壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應(yīng)變管式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、

制造方便、適用性強，在火箭彈、炮彈和火炮的動態(tài)壓力測量方面有廣泛應(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，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�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償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計(見電阻應(yīng)變計)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(見壓阻式傳感器)。

應(yīng)變梁式

　　測量較小壓力時，可采用固定梁或等強度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過傳力桿傳遞給應(yīng)變梁。兩端

固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點，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)變元件。感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變元

件應(yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變元件的最大應(yīng)變處。實際上較復(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)變元件有懸臂梁、固定梁、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測量流動介質(zhì)動態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動力管道設(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。

力傳感器熱點:

省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室的研究人員李云

開、王博文、張冰，在2019年第17期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文（論文標(biāo)題為“鐵鎵合金的壓磁效應(yīng)與力傳感器的研究”），基于

非線性壓磁方程，通過COMSOL有限元仿真平臺，分析了片狀鐵鎵合金的壓磁效應(yīng)。仿真研究了不同偏置磁場和不同應(yīng)力下鐵

鎵合金動態(tài)壓磁系數(shù)的變化。


參考懸臂梁特性，利用鐵鎵合金設(shè)計并制作了一種新型的磁致伸縮力傳感器。根據(jù)電磁學(xué)理論和壓磁效應(yīng)，建立了力傳感器的

測試模型。搭建磁致伸縮力傳感器實驗平臺，通過實驗研究了偏置磁場和力對輸出特性的影響。

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