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力傳感器的基本原理

力傳感器在我們的工業區的當中使用非常的廣泛，目前有很多企業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，在工作當中我們才能測量高精準度，力傳感器的優點：它具有精度

高，測量范圍寬，壽命長，結構簡單，良好的頻率響應的優勢。

力傳感器是一種將力信號轉變為電信號輸出的電子元件，產品具有性能穩定、使用靈活、可靠性高等優點。力傳感器的產品種

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

應變管式

　　在筒壁上貼有2片或4片應變片，其中一半貼在實心部分作為溫度補償片,另一半作為測量應變片。當沒有壓力時 4片應變片

組成平衡的全橋式電路;當壓力作用于內腔時,圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關系的電壓。這種傳感器

還可以利用活塞將被測壓力轉換為力傳遞到應變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應變管式壓力傳感器的結構簡單、

制造方便、適用性強，在火箭彈、炮彈和火炮的動態壓力測量方面有廣泛應用。

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，中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值，而邊

緣處徑向應變達到負的最大值，切向應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處，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。采用圓形箔式應變計(見電阻應變計)則能最大限度地利用膜片的應變效果。這種傳感器的非

線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產品是將彈性敏感元件和應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

晶硅膜片上擴散制作電阻條，并采用周邊固定結構制成的固態壓力傳感器(見壓阻式傳感器)。

應變梁式

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

固定梁的最大應變處在梁的兩端和中點，應變片就貼在這些地方。這種結構還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構

成。

組合式

　　在組合式應變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應變元件。感受元件把壓力轉換為力傳遞到彈性應變元

件應變最敏感的部位，而應變片則貼在彈性應變元件的最大應變處。實際上較復雜的應變管式和應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，彈性應變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、 環形梁、薄壁筒等。它們之間可根據不

同需要組合成多種型式。 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質動態或靜態壓力，例如動力管道設備的進出口氣體或液體的

壓力、內燃機管道壓力等等。

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（河北工業大學）、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《電工技術學報》上撰文（論文標題為“鐵鎵合金的壓磁效應與力傳感器的研究”），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。仿真研究了不同偏置磁場和不同應力下鐵

鎵合金動態壓磁系數的變化。


參考懸臂梁特性，利用鐵鎵合金設計并制作了一種新型的磁致伸縮力傳感器。根據電磁學理論和壓磁效應，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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