测力传感器的使用原理及发展

2015-12-22于庆龙佳木斯市质量技术监督检验检测中心黑龙江佳木斯154004

中国新技术新产品 2015年12期

于庆龙（佳木斯市质量技术监督检验检测中心，黑龙江　佳木斯　154004）

测力传感器的使用原理及发展

于庆龙
（佳木斯市质量技术监督检验检测中心，黑龙江佳木斯154004）

传感器作为人机交流的主要工具之一，它能在不停止机器运行状态的前提下及时的提取设备运行状态，并对相关信息做出处理，为人们进行下一步控制决策提供依据。本文简单介绍了测力传感器的组成以及工作原理，并提出了使用中需要注意的各种事项，以供同行工作参考。

测力传感器；使用原理；灵敏度

传感器在目前工业生产中采用较多，它是机械设备运行状态的信息显示基础，让管理人员及时的了解到设备的运行状态，为工作人员设备控制决策提供指导依据。近年来，随着科学技术的进步，传感器在产品和参数设计上也发生了重大变化。自从20世纪以来，国外发达国家就已经开始实现无样机生产模式，这也是传感器技术在工业生产领域应用的开始，目前这一技术早已渗透到社会各个行业。

1　测力传感器概述

随着科学技术的进步，传感器早已经被广泛的应用在各个生产行业当中，成为生产领域设备控制的技术基础。传感器的工作原理在于将专用的测力芯片安装在应变粘贴上，并将这些设备置放在需要测量的弹性轴上，由此组成系统的应变桥，如果应变桥提供的电源是可测试弹性轴受到损伤的信号，利用扭矩传感器进行测试的时候是一个比较成熟的检测手段，并将此作为应变电测技术的依据。在工作中测力传感器的应用是一个精度高、频率快、可靠性好且寿命长的工作有点。

2　测力传感器的组成

传感器在目前生产工作中的主要作用在于将非电量利用一些特殊的设备转换成为电能输送给目标机械，这种系统在当前应用各种包含了电源、转换原件、敏感原件等四个不同的方面构成的。

2.1 敏感元件。敏感原件是测力传感器构成中的关键内容，它是在感受到被测量目标发生变化之后而产生特殊变量，并利用相应原理将测量变换成为容易传输的电能的某一变量。比如在膜片式压力传感器中，敏感原件通常都是直接放置在弹性膜片上面的，它的工作原理是利用膜片受到压力信号所发生的变形而传递敏感信号，进而为下一步工作的更好开展做好准备工作。

2.2 转换元件。转换原件顾名思义就是将敏感原件发出的敏感信号通过这一装置转换成为可供传输的电能信号等，它的应用是将电能和非电能进行转换的一个装置。目前的测力传感器应用中转换原件是按照化学、物理以及生物效能来工作的，从而达到科学转换电能与非电能关系的一种方式。

2.3 测量电路。在具体的传感器应用中，电路转换信号的输出难度极大，且控制困难，究其原因是因为电能的大小在这一个环节无法直接的利用有关测量仪器显示出来，不能直接被工作人员记录，因此在工作中需要进一步的对电量形式的输出量进行转变，将这种电量输出转变成为点亮新号，从而完成测量工作的开展。在变压式传感器测量工作中，电路测量是采用桥式电路为主的，这种电量测量模式将电量转变成为电阻值，从而形成一个新的电压信号，这种信号在放大处理之后直接会显示在就装置中，从而达到记录电流的目的。

2.4 辅助电源。有一些传感器在应用中除了具备上述几种元件之外，还需要准备一些辅助性的电源，以保证传感器工作的正常开展。

3　对测力传感器的工作原理

测力传感器本身是一个由多种子系统构成的内容，它在应用之中利用一个或者多个受到压力变形之后的弹性体及变形量电阻片构成测量基础，然后利用电桥电路及转换原件来输送测量到的电能及非电能，并利用粘贴在弹性体上的传到装置进行控制，从而实现测力传感器的正常科学运转。在测力传感器中，在敏感原件受到外力作用之后，敏感元以及弹性片必然随之发生变形且引发电阻变化，这个时候电阻在变动中引发电桥平衡变动，从而让转换元及时的将各种电能与非电能进行转变，形成多种可以让人识别的电能信号。

3.1 基本要求。弹性体在应用中它隶属于机械结构体系，但是因为它本身功能的特殊性要求，这一结构与普通的机械零件还存在显著的差异。目前，测力原件中的普通机械零件和构件都需要满足足够大的安全系数，且在相应的强度和刚度下达到有效利用，同时在外力条件下我们要充分重视应力的具体分布情况，对不按照要求进行的应力要严格按照弹性内容进行。但是在具体的弹性片工作中，由于它本身同粘性电阻相连接，因此在满足机械强度要求的同时还要达到粘性电阻的敏感变动要求。

3.2 改善应力（应变）不规则分布的“应力集中”原则。在机械零件或构件的测试过程中，通常认为应力（应变）在零件或构件上是规则分布的，如果零件或构件的截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则的问题。其实，在机械零件或构件的设计中，对于应力（应变）不规则分布的问题并非不予考虑，而是通过强度计算中的安全系数将其包容在内了。

4　新技术在传感器方面的应用

4.1 新材料、新工艺和新技术的开发应用。在各种新材料、新技术不断涌现的关键时期，半导体技术在敏感技术中占有突出的优越性，半导体不仅有着传感灵敏度高、响应速度快且体积小的优势，而且它在整个测力传感器研究中占有主导地位。在半导体传感技术的应用中，其中很大程度上能实现精密细微加工技术，且能够按照加工原件开展工作，也可以提高传感器的工作应用性能。

4.2 测力传感器的多元化发展。目前，我国测力传感器发展的多元化、综合化、信息化和数字化趋势越来越突出，在工作中采用集成加工技术进行制造势在必行，它是减少测力传感器体积、减轻其重量和提高自动化程度的关键，同时这一技术的利用还让测力传感器内部稳定性、测量可靠性、生产成本等环节得到了保障。