力傳感器有哪些部分組成?工作原理是什么?
力傳感器(Force sensor)是將力的大小轉(zhuǎn)換成相關(guān)電信號的元件。力傳感器可以檢測機械量,例如張力、壓力、重量、扭矩、應(yīng)變和內(nèi)應(yīng)力。它已成為動力設(shè)備、工程機械、各種工程機械和工業(yè)自動化系統(tǒng)不可或缺的核心部件。
力傳感器組成部分
力傳感器主要由三部分組成:
1.力敏元件(常用材料有鋁合金、合金鋼、不銹鋼)
2.轉(zhuǎn)換元件(最常見的是電阻應(yīng)變計)
3.電路部分(一般是漆包線、PCB板等)
力可以產(chǎn)生各種物理效應(yīng),因此可以根據(jù)不同的需要采用不同的原理和技術(shù)來設(shè)計力傳感器。
力傳感器獲取力信號的方式:
(1)被測力引起彈性體(如彈簧、梁、波紋管、膜片等。)產(chǎn)生相應(yīng)的位移,力信號通過位移測量獲得。
(2)應(yīng)變片牢固地粘貼在彈性元件的表面,共同構(gòu)成傳感器。彈性部件在受力時會變形,從而改變電阻值應(yīng)變片的(當應(yīng)變發(fā)生時,應(yīng)變片的幾何形狀和電阻率發(fā)生變化,導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化),通過電阻測量獲得力的信號。應(yīng)變儀可以由金屬箔或半導(dǎo)體制成。
(3)壓電晶體通過壓電效應(yīng)將力直接轉(zhuǎn)換成置于晶體兩側(cè)的電勢差,從而獲得力信號。
(4)力引起機械共振系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生變化,通過頻率測量獲得力的相關(guān)信息。
(5)通過電磁力與待測力之間的平衡,從平衡時的相關(guān)電磁參數(shù)中獲取力的信息。
力傳感器工作原理
力傳感器對施加的力做出響應(yīng),并將其值轉(zhuǎn)換為可測量的量。基于各種傳感元件,市場上有各種類型的力傳感器。大多數(shù)力傳感器都是使用力傳感電阻設(shè)計的。這些傳感器由傳感膜和電極組成。該薄膜由排列在亞微米級基質(zhì)中的導(dǎo)電和非導(dǎo)電顆粒組成。當力施加到膜的表面時,微粒將接觸傳感器電極,從而改變膜的電阻。電阻值的變化表明了作用力的大小。
為了提高力敏電阻器的性能,使用了各種不同的方法。例如,為了使聚合物漂移最小化,正在通過使用新材料(例如碳納米管)代替聚合物、用傳感器測試等來測試各種電極配置。