力敏传感器
第四篇力敏传感器
第四章力敏传感器教学目标：1．了解弹性敏感元件的特性和要求。
2．了解几种常用测力称重传感器的特点、3．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应4．了解电桥电路的作用。
5．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。
6．理解压电式传感器的工作原理。
了解它的特点。
7．了解它们的应用。
力敏传感器是使用很广泛的一种传感器。
它是生产过程中自动化检测的重要部件。
它的种类很多，有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等，有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。
它主要用于两个方面：测力和称重。
本章介绍电阻应变式传感器、压阻式和压电式传感器。
§4-1（传感器中的）弹性敏感元件一、弹簧管压力表的组成：（如图4-1）图4-1弹簧管压力表的组成框图弹簧管——弹性敏感元件：将输入压力转换成自身的变形量（应变、位移或转角）。
二、弹性元件的基本特性：1．变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。
2．弹性：物体因受外力作用而产生变形，外力去掉后又恢复原状的特性。
3．弹性元件：具有弹性变形特性的物体。
4．弹性变形：弹性元件受外力作用而产生的变形。
5．弹性特性：作用在元件上的外力与相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。
（1）刚度：弹性元件产生单位变形所需的力。
（2）灵敏度：在单位力作用下弹性元件产生的变形。
刚度和灵敏度表示了弹性元件的软硬程度。
元件越硬，刚度越大，单位力作用下变形越小，灵敏度越小。
6．线性弹性元件：刚度和灵敏度为常数，作用力F与变形X成线性关系。
三、弹性敏感元件的基本要求及类型：弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。
它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。
基本要求：（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。
（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。
（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。
力敏传感器的原理
力敏传感器的原理
力敏传感器是一种能感知物体施加在其上的力的装置。
它基于荷兰物理学家皮埃尔·居里发现的压电效应。
压电效应指的是
某些材料在受到外力时会产生电位移，从而生成电荷。
因此，力敏传感器的原理可以简单概括为利用压电效应测量物体施加在其上的力。
具体来说，力敏传感器通常由一个或多个压电材料制成。
当施加在传感器上的力发生变化时，压电材料会产生相应的电位移。
这个电位移可以通过测量传感器的电阻或电荷来检测和量化。
传感器上的电阻或电荷的变化与力的大小成正比。
为了提高测量的准确性和灵敏度，力敏传感器通常结合了一些辅助电子元件和信号处理器。
这些元件可以对输出信号进行放大、滤波和校准，以便将物体施加在传感器上的力转化为精确的电信号。
力敏传感器在许多领域广泛应用，例如工业自动化、医疗设备、机器人技术等。
它们可以用于测量物体的重量、压力、拉力等参数，从而实现对物体的控制和监测。
除了压电效应外，力敏传感器还可以基于应变测量原理、纳米技术等进行设计和制造。
不同原理的力敏传感器适用于不同的应用场景，但它们的基本原理都是测量物体施加在传感器上的力。
简述力敏传感器测量原理
简述力敏传感器测量原理力敏传感器是一种用于检测微小变化的传感器，其特点是它可以检测的变化量很小，甚至可以检测到毫米级的微小变化，并且精度很高，稳定可靠。
力敏传感器的测量原理是将力传递到传感器的传感元件上，然后根据传感元件的变化，通过信号放大器放大信号，再通过数据处理芯片计算出变化的量，最后将数据解码输出。
力敏传感器可以根据力种类分为压力传感器、电工磁传感器、拉力传感器、触觉传感器、微动传感器、钢丝传感器、陀螺秤传感器等。
其中，压力传感器是将被测物体的压力变化传递到传感元件上，通过变换电阻信号，放大信号，最后在压力分析仪或测量仪表中进行读出。
电工磁传感器显示出分离式电磁效应，可以测量出场及电流的变化，并将信号放大以满足解码需要。
拉力传感器可用于测量各种拉力，如杆件、线材等，并可将变形精确地转换为拉力信号，再放大后输出数据。
触觉传感器是一种用于检测触觉信号的传感器，可以检测到压力、热量、振动等信号，能够捕捉到物体的触摸状态及表面结构等信息，并转换为控制信号输出，使得自动化控制的操作更加精准和可靠。
微动传感器用于检测物体的微小运动，通过测量物体的微小运动和线性位移，检测机器的正常运行及小部件是否有松动等。
钢丝传感器能够检测到拉力传感器无法检测到的微小变化，其特别优势是一种极低的响应阻抗，可以检测到更多的变化量。
陀螺秤传感器能够检测角度和角速度变化，常用于导航及仪表系统之中。
以上就是力敏传感器测量原理的简要介绍。
当然，不同的传感器的测量原理是不同的，但是本质上都是通过将力传递到传感元件，再经过变换、放大和数据处理等步骤获得变化量，最终将数据解码输出，以供应用程序使用。
力敏传感器具有体积小、可靠性高、数字量多以及抗干扰能力强等特点，因此得到了广泛的应用。
力敏传感器的测量原理已经大大改善了传感器的功能，使得传感器更加精准、可靠，从而为各种应用提供了实用的便利。
力敏传感器在工业自动化、航空航天、机器人技术、智能家居和智能手机等领域都有着广泛的应用前景，前景十分广阔。
传感器与检测技术52力敏传感器
根据电阻值的变化测量力的大小。
2
应变式力敏传感器
利用材料的应变特性测量力的大小。
3
压电式力敏传感器
利用物质的压电效应将力转换为电荷或电压信号。
力敏传感器的应用场景
机器人技术
力敏传感器广泛应用于机器人领 域，帮助机器人感知外部环境和 对象的力大小。
汽车制造
力敏传感器用于汽车生产中，测 量车辆各个部件的力和压力。
医疗设备
力敏传感器在医疗设备中起到关 键作用，如测量手术器械施加的 力度。
力敏传感器的优势和局限性
1 优势
高精度测量，广泛应用于各个行业，可靠性 高。
2 局限性
受环境条件和使用方式的限制，有时需要进 行定期校准。
温度传感器
应用于气象、制冷、汽车等领域，精确测量温度。
压力传感器
广泛用于工业控制、汽车制造和生物医学等领域，测量液体或气体的压力。
光传感器
用于照明、摄影、安防等领域，检测光线的强度和颜色。
力敏传感器
力敏传感器是一种测量物体受到的力或压力的传感器。它通过将力转换为电信号来实现测量。力敏传感器广泛 应用于机械工程、汽车工业和医疗设备等领域。
传感器与检测技术
在传感器与检测技术领域，了解不同种类的传感器和应用领域至关重要。本 节将介绍力敏传感器的原理、工作方式以及应用场景。
传感器与检测技术简介
传感器与检测技术是研究和开发用于测量、探测和监测物理量的设备和技术的领域。它们在工业、医疗、科学 等多个领域发挥着重要作用。
传感器的种类和应用领域
电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章 力敏传感器
第四章 力敏传感器
常见的压电式传感器
第四章 力敏传感器
2.压电材料特点和分类
用于制作压电元件的压电材料一般分为三大类： 一是压电晶体（单晶），它包括石英晶体和其他 压电单晶； 二是压电陶瓷； 三是新型压电材料，其中有压电半导体和有机高 分子压电材料两种。
第四章 力敏传感器
石英晶体薄片
压电陶瓷
第四章 力敏传感器
二、压电材料的主要特性参数
1.压电常数
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接 关系到压电元件输出的灵敏度。
2.弹性常数
压电材料的弹性常数、刚度决定着压电元件的固有 频率和动态特性。
3.介电常数
对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介 电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率 下限。
电阻应变片的工作原理是利用导体或半导体材料 的电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下， 会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化的现象。
第四章 力敏传感器
实验表明，在金属丝的弹性变形范围内，当金属 丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，当 金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积 减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩 时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
第四章 力敏传感器
二以使用面积和电阻值表示，如 （3×10）mm2，120Ω。
2.应变片的灵敏系数K 3.应变片允许工作电流 4.应变极限 5.横向效应
第四章 力敏传感器
三、电阻应变片的选用
1.电阻应变片的选择 （1）应变片结构形式的选择
第四章 力敏传感器
名称 丝式 箔式 薄膜式
特点 制造简单、价格便宜、性能稳定、易于粘贴等优点，但蠕 变较大，金属丝易脱胶，逐渐被箔式所取代，多用于大批量、 一次性试验 表面积与截面积之比大，散热条件好，允许通过较大电流， 从而增大输出信号，提高灵敏度；可根据测量需要制成任意 形状，在制造工艺上能保证敏感栅尺寸准确线条均匀；具有 较好的可挠性，有利于粘贴及应变的传递；易加工，适于批 量生产 应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现 工业化生产，但难以控制电阻与温度和时间的变化关系，是 一种很有前途的新型应变片
力敏传感器在生活应用实例中的应用
力敏传感器在生活应用实例中的应用力敏传感器是一种能够感知物体受到的力的传感器，广泛应用于各个领域。
它的应用不仅仅局限于工业生产中，还可以在日常生活中发挥重要作用。
下面将介绍一些力敏传感器在生活应用实例中的应用。
力敏传感器可以应用在医疗领域。
在手术过程中，医生需要对患者进行一系列的检查和治疗。
而力敏传感器可以用于测量患者受到的压力，帮助医生判断患者的病情。
例如，在心脏手术中，医生需要准确地测量患者心脏受到的压力，以便进行下一步的治疗。
力敏传感器可以精确地测量心脏受到的压力，并将数据传输到监测仪器上，以供医生参考。
这样一来，医生在操作时可以根据实时数据进行调整，提高手术的准确性和安全性。
力敏传感器还可以应用在智能家居领域。
随着科技的不断发展，越来越多的家庭开始使用智能家居设备。
而力敏传感器可以用于智能家居设备中的触摸感应功能。
例如，在智能灯光系统中，力敏传感器可以感知到人们对开关的轻按或重按，从而根据不同的力度来控制灯光的亮度。
又如，在智能床垫上，力敏传感器可以感知到人体的压力分布，根据不同的压力分布来调整床垫的硬度和软度，提供更舒适的睡眠体验。
这些智能家居设备不仅方便了人们的生活，还提高了生活的品质。
力敏传感器还可以应用在运动领域。
现代人越来越注重健康和运动，而力敏传感器可以帮助人们更好地了解自己的运动情况。
例如，在健身器械中，力敏传感器可以测量人体在运动过程中的力度和压力，从而帮助人们调整运动的强度和方式。
又如，在运动鞋中，力敏传感器可以感知脚底的压力分布，从而根据不同的压力分布来调整鞋垫的硬度和软度，提供更舒适的运动体验。
力敏传感器的应用使得运动更加科学和有效，帮助人们更好地保持身体健康。
力敏传感器还可以应用在交通领域。
在汽车制造过程中，力敏传感器可以用于测试汽车部件的耐力和质量。
例如，在制动系统中，力敏传感器可以测量制动踏板受到的压力，以确保制动系统的正常工作。
又如，在悬挂系统中，力敏传感器可以测量车轮受到的压力，以确保悬挂系统的稳定性和安全性。
2024年力敏传感器市场发展现状
2024年力敏传感器市场发展现状引言力敏传感器作为一种重要的传感器技术，在不同领域都有广泛应用。
本文将重点分析力敏传感器市场的发展现状，包括市场规模、应用领域、主要厂商和市场趋势等方面的内容。
市场规模力敏传感器市场近年来呈现快速增长的趋势。
根据市场研究机构统计数据显示，全球力敏传感器市场规模从2015年的X亿美元增长到2019年的Y亿美元。
预计到2025年，力敏传感器市场将进一步扩大，达到Z亿美元。
应用领域力敏传感器的广泛应用使其在多个领域都有市场需求。
以下是一些力敏传感器的主要应用领域：工业制造力敏传感器在工业制造过程中起到至关重要的作用。
其可以用于测量机械设备的力和压力变化，帮助监测设备状态和保障生产质量。
工业制造领域对力敏传感器的需求在不断增加，推动了市场的发展。
医疗保健在医疗保健领域，力敏传感器被广泛应用于健康监测、康复训练和手术机器人等方面。
通过测量人体的力度和压力变化，力敏传感器可以为医疗专业人员提供宝贵的数据支持，促进精准治疗和康复。
汽车行业汽车行业是力敏传感器的另一个重要应用领域。
力敏传感器可以被嵌入到汽车制动系统、悬挂系统和安全气囊等部件中，实现对车辆状态和乘客安全的监测。
随着汽车智能化和电动化的发展，力敏传感器在汽车行业的需求将进一步增加。
主要厂商力敏传感器市场上存在着众多的厂商，以下是一些在市场中具有较大份额的主要厂商：•公司A：作为市场的领导者之一，公司A拥有先进的技术和广泛的产品线，满足不同应用领域的需求。
•公司B：公司B专注于力敏传感器的研发和生产，其产品在工业和医疗领域享有良好的口碑。
•公司C：公司C在汽车行业的力敏传感器领域拥有较强的竞争实力，其产品被多家知名汽车制造商采用。
市场趋势力敏传感器市场在未来将呈现以下几个趋势：1.技术创新：力敏传感器技术将不断创新，提高测量精度和稳定性，满足对传感器性能的不断提升的需求。
2.自动化需求：随着工业自动化的推进，对力敏传感器的需求将进一步增加，推动市场发展。
电子信息工程技术《力敏传感器》
模块二 力敏传感器及其应用练习题一、填空题：1、根据电容式传感器的电容量为d SC ε=可知，可分为 、__和 三种类型。
电容式和电感式传感器常用 结构，以提高灵敏度，减小非线性。
2、用某直流电桥测量电阻R 〔注：R 和R3为相对桥臂电阻，R2和R4为另一对相对桥臂电阻〕，三个桥臂电阻值分别为R2=50Ω, R3=100Ω，R4=25Ω，当电桥平衡时，那么电阻R= 。
3、当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力作用在压电晶片上，由于 效应，在压电晶片两外表上就有 产生。
4、电阻应变片的测量电路主要有直流电桥和交流电桥，其中直流电桥中又有单臂电桥 和 。
5、电容式传感器利用电容器的原理，将非电量转换成 。
电容式传感器可分为变极距式、变面积式、 。
6、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时产生极化现象，同时在它的外表产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为 ；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称 。
7、采用 电源供电的电桥称为交流电桥。
8、用于制作压电传感器的常用压电材料是、、。
9、电感式传感器可分为、和电涡流三大类。
10、变面积电容传感器的输出特性是的，因此灵敏度是常数。
11、用电涡流传感器探测地雷属于测量。
12、自感式传感器常见的形式有变隙式，变面积式、。
13、电容式传感器可分为、和三种。
14、差动式电感传感器的优点有、和提高传感器的稳定性。
15、将超声波转化为电信号是利用压电材料的。
16、压电式传感器的工作原理是以晶体的效应为理论依据。
17、电阻应变片的工作原理是基于金属的效应。
18、压电式传感器的工作原理是以晶体的为理论根底。
19、电容式压力传感器是变型的。
2021用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。
21、用于制作压电传感器的常用压电材料是 、压电陶瓷。
22、压电式传感器的前置放大器有 放大器和 放大器两种，其中， 放大器的输出根本不受到杂散电容和电缆电容的影响。
力敏传感器测量原理
力敏传感器测量原理力敏传感器是一种用于测量压力或拉力的设备，其测量原理基于压阻效应。
当外力施加在敏感器上时，敏感元件内部的电阻值会发生变化，这个电阻值的变化可用于计算所施加的压力或拉力的大小。
力敏传感器通常由一个压阻片、一个弹簧、一个机械底座、一个电缆和连接器组成。
压阻片是敏感元件，它是由一个薄层的导电材料制成的，如硅、钨、销锌铝等。
当施加压力或拉力时，压阻片内的导电材料会发生微小的变形，导致阻值发生变化。
弹簧将敏感元件和测试对象联系在一起，它可以根据所施加的压力或拉力的大小而发生压缩或拉伸。
机械底座负责支撑传感器和测试对象，同时保持传感器的稳定性。
电缆和连接器将传感器和信号采集设备连接在一起，将压阻片内的变化转化为电信号输出。
使用力敏传感器进行测量时，需要将传感器放置在所需要测量的物体上。
当外力作用于该物体时，弹簧将传感器压缩或拉伸，此时压阻片的电阻值发生变化，电信号随之发生变化。
这个变化的大小可以通过信号采集设备进行读取和分析，从而计算出外力的大小。
力敏传感器有许多应用领域，例如：在机械制造业中，它们被用于测量机械零件的弹性变形和应力；在医学领域中，它们被用于测量骨骼和肌肉组织的应力和压力；在汽车行业中，它们被用于测量刹车系统的压力和转向系统的力量；在建筑领域中，它们被用于测量桥梁和建筑物的载荷。
力敏传感器是一种精密的测量设备，可以准确地测量所施加的压力或拉力的大小，其测量原理基于压阻效应。
通过使用力敏传感器，我们可以更好地了解物体的应力或压力的性质，有助于提高生产效率和产品质量。
除了测量原理，力敏传感器还有许多其他的重要参数需要考虑。
其中最重要的是灵敏度和线性度。
灵敏度是指传感器输出的电信号与施加在传感器上的外力之间的关系。
换句话说，灵敏度越高，传感器输出的电信号就会更精确地反映所施加的外力的大小。
灵敏度可以通过外力与电信号之间的比值来计算。
一个100牛顿的力敏传感器，当施加10牛顿的力时，其输出电信号为1伏特，则其灵敏度为10伏特/牛顿。
用力敏传感器测量液体表面张力系数
用力敏传感器测量液体表面张力系数
力敏传感器（Force Sensing Resistor，简称 FSR）发展至今，在液体表面张
力仪器测量方面受到越来越多的重视，它是一种用于检测表面张力的传感器。
力敏传感器采用特殊的高抗耐磨材料制成，拥有极佳的工作寿命，从而可以用来测量表面张力和表面粘度，它可以实时准确测量液体表面张力系数，其精度可高达千分之一，使用简单方便，成本低。
力敏传感器的主要优势在于它能够实时准确地测量液体表面粘度，并具有高精度、低延迟、非接触测量、性能稳定等特点。
此外，它还具有耐酸碱、耐腐蚀和耐候特性，可以获得高准确度的可靠测量数据。
由于力敏传感器结构简单、操作方便、安装快捷，可以在液体流向设备中实现快速的安装和使用，大大简化了检测过程，提高了测量效率，并为工业应用提供了更大的优势。
力敏传感器的主要应用分为三大类：用于液体的表面张力测量，用于包装材料
的软硬度测量，以及用于人体触控控制的压力测量。
借助这种传感器，我们可以测量介质液体表面的表面张力，并用于液体搅拌器、液体供给控制器等应用中；可以用于包装材料软硬度测试和材料耐受压度测试；还可以运用于人们日常生活中，进行例如手指触控控制、灵敏控制测试等应用中。
力敏传感器在工业应用中的特点主要在于，它可以快速准确的测量液体表面张
力系数，并可以用于各种材料的软硬度测试，具有高精准度、低延迟、小尺寸、可靠性高等优点，而且操作简单，成本低。
因此，力敏传感器也被认为是《卅哏》时代液体表面张力检测仪器的一大利器，可以实现精确快速检测，取得准确测量结果，极大地推动液体表面张力检测领域的发展。
force sensor工作原理
force sensor工作原理
力传感器（Force Sensor）是一种用于测量物体施加在其上的
力的设备。
它们可以通过不同的工作原理来实现，下面我将从多个
角度全面解释力传感器的工作原理。
1. 压阻式力传感器工作原理：
压阻式力传感器使用压阻效应来测量施加在其上的力。
当外
力作用在传感器上时，传感器内部的压阻材料会发生形变，从而改
变其电阻值。
这种电阻值的变化可以被测量并转换为相应的力值。
压阻式力传感器通常包括一个弹性材料和敏感电阻，外力导致弹性
材料变形，从而改变敏感电阻的电阻值。
2. 容量式力传感器工作原理：
容量式力传感器利用电容变化来测量外力。
当外力施加在传
感器上时，传感器内部的电容会发生变化。
这种电容变化可以被测
量并转换为相应的力值。
容量式力传感器通常包括两个平行的电极，当外力作用时，电极之间的距离会发生变化，从而改变电容值。
3. 应变片式力传感器工作原理：
应变片式力传感器利用应变片的电阻值随外力变化的特性来测量力。
当外力作用在传感器上时，应变片会发生形变，从而改变其电阻值。
这种电阻值的变化可以被测量并转换为相应的力值。
应变片式力传感器通常包括一个或多个应变片，外力导致应变片发生形变，从而改变电阻值。
综上所述，力传感器的工作原理主要是利用材料的特性随外力变化而发生变化，通过测量这种变化来实现对外力的测量。
不同类型的力传感器采用不同的原理，但都能准确地测量外力的大小。
这些传感器在工业自动化、医疗设备、机器人技术等领域都有广泛的应用。
力敏传感器的灵敏度计算公式
力敏传感器的灵敏度计算公式力敏传感器是一种能感受外力并将其转换为电信号输出的装置，在很多领域都有着广泛的应用。
要了解力敏传感器，就不得不提到它的灵敏度计算公式。
咱们先来说说灵敏度这个概念。
灵敏度啊，简单来讲，就是传感器输出变化量与输入变化量的比值。
就好像你吃了一块蛋糕觉得特别甜，蛋糕的甜度就是一个类似于灵敏度的概念，吃的蛋糕量变化一点，感觉到的甜度变化很大，那这个蛋糕的“甜度灵敏度”就高。
力敏传感器的灵敏度计算公式通常表示为：灵敏度（S） = 输出变化量（ΔY） / 输入变化量（ΔX）。
我给您举个例子吧。
有一次我去一个工厂参观，看到工人师傅们正在检测一批零件的受力情况。
他们用的就是力敏传感器。
那个传感器连着一个显示屏，能清楚地看到受力变化的数据。
当时有个零件，稍微施加一点力，传感器的输出数值就有很大的变化。
师傅们根据灵敏度计算公式，很快就判断出这个传感器的性能特别好，检测结果非常准确。
再深入一点说，这个输出变化量和输入变化量，具体得看传感器的类型和测量的物理量。
比如说，有的力敏传感器输出的是电压变化，有的是电流变化。
而输入的力可能是压力、拉力或者扭力等等。
不同类型的力敏传感器，灵敏度的计算可能会有所差异。
但万变不离其宗，都是按照这个基本的公式来的。
就像咱们做数学题，虽然题目形式多样，但基本的公式定理掌握了，就能迎刃而解。
在实际应用中，准确计算力敏传感器的灵敏度至关重要。
如果灵敏度计算不准确，那得出的测量结果可能就会有很大的误差。
想象一下，假如在建筑施工中，对承受力的测量出现了大的偏差，那后果可不堪设想。
所以啊，咱们可得把这个灵敏度计算公式弄清楚、搞明白。
无论是在科学研究中，还是在工程实践里，它都能帮助我们获取更准确、更可靠的数据。
总之，力敏传感器的灵敏度计算公式虽然看起来简单，但其背后蕴含着重要的物理原理和实际应用价值。
只有熟练掌握并正确运用，才能让力敏传感器更好地为我们服务。
希望通过今天的介绍，能让您对力敏传感器的灵敏度计算公式有更清晰的认识！。
力敏传感器的原理及应用
力敏传感器的原理及应用引言力敏传感器是一种能够测量并转换物体施加在其上的力的传感器。
它通过将受力物体的压力或应变转化为可测量的电信号，实现对力的测量和监控。
力敏传感器在许多领域具有广泛的应用，如工业自动化、机械设备、医疗领域等。
本文将介绍力敏传感器的工作原理以及其在各个领域的应用。
原理力敏传感器的工作原理基于应变表效应。
应变表是一种压敏传感器，它由电阻片或导线网格构成。
当力施加在力敏传感器上时，所受力的压力引起传感器中的应变，导致应变表发生形变。
应变表中的电阻随着应变的变化而发生改变，从而改变电阻值。
这个电阻值的变化通过电桥电路检测和测量，最终转换为电信号输出。
应用力敏传感器在许多领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用示例：1.工业自动化–力敏传感器可用于监测和控制机器人和自动化设备的力度和压力。
例如，在装配线上，力敏传感器可用于测量组装件的压力以确保正确的安装。
–在物流领域，力敏传感器可用于检测货物在传送带上的重量和压力，以实现自动分拣和包装。
2.机械设备–力敏传感器可用于监测和控制机械设备中的力度和扭矩。
例如，在一个工厂中，力敏传感器可用于监测机械装置的压力和力矩，以确保机器正常运行。
–在汽车工业中，力敏传感器可用于测量刹车和转向系统中的压力和力度，以实现精确的操控和安全性能。
3.医疗应用–在医疗领域，力敏传感器可用于监测和控制医疗设备的力度和压力。
例如，在手术中，力敏传感器可用于测量手术器械施加的力度和压力，以确保手术的准确性和安全性。
–在假肢领域，力敏传感器可用于检测假肢与残肢之间的力度和压力，以实现更加舒适和自然的运动。
优势力敏传感器相比其他传感器具有一些独特的优势：•灵敏度高：力敏传感器能够非常敏感地探测和测量微小的力度和压力变化。
•可靠性高：力敏传感器通常具有较长的使用寿命，并能够在恶劣的环境条件下正常工作。
•成本低：力敏传感器的制造成本相对较低，可以大规模应用于各个领域。
•多功能性：力敏传感器可用于测量不同类型的力，如压力、拉力和扭矩等。
力敏传感器灵敏度计算公式
力敏传感器灵敏度计算公式力敏传感器是一种可以量化测量力的传感器设备，它可以将施加在其表面上的压力或力量转化为可测量的电信号。
传感器的灵敏度是指在给定的压力范围内，传感器输出的电信号的变化程度。
这个灵敏度值越高，表示传感器对于微小的压力变化更敏感。
通常情况下，力敏传感器的灵敏度是通过以下公式来计算的：灵敏度=∆V/∆P其中，ΔV表示传感器输出的电压变化，ΔP表示施加在传感器表面上的压力变化。
灵敏度的单位通常是mV/N或V/N，表示每单位压力变化对应的电压变化。
在实际应用中，灵敏度的计算需要根据具体的传感器型号和厂商提供的技术规格进行。
通常情况下，传感器的灵敏度是由传感器本身的设计参数决定的。
因此，在选择力敏传感器时，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的传感器，确保其灵敏度能够满足实际的测量要求。
值得注意的是，传感器的灵敏度并不是越高越好。
过高的灵敏度可能会导致传感器对环境干扰更为敏感，同时还可能引入更多的噪声。
因此，在实际应用中，我们需要根据实际需求和具体环境来选择合适的灵敏度范围。
除了传感器本身的灵敏度，还有一些其他因素也会影响传感器的灵敏度。
例如，传感器的尺寸、材料特性、安装方式等都会对传感器的灵敏度产生影响。
因此，在进行传感器灵敏度计算时，我们还需要考虑这些因素，并将其纳入到计算公式中去。
总之，力敏传感器的灵敏度是通过传感器输出的电信号变化量与施加在传感器表面上的压力变化量之间的比值来计算的。
传感器的灵敏度是根据传感器的设计参数和技术规格来确定的。
在选择传感器时，我们需要根据实际需求和具体环境来选择合适的灵敏度范围。
同时，还需要考虑其他因素对传感器灵敏度的影响。
这样才能保证传感器在实际应用中能够以最佳的性能进行工作。
力敏传感器定标的意义
力敏传感器定标的意义力敏传感器是一种能够测量力的传感器，它可以将受力大小转化为电信号输出，广泛应用于机械控制、工业自动化以及生物医学工程等领域。
在使用力敏传感器之前，我们需要进行定标。
力敏传感器的定标意义重大，下面将从三个方面进行解析。
首先，力敏传感器的定标可以保证测量的准确性。
力敏传感器的目的是测量力的大小，而准确的测量结果是非常重要的。
在定标过程中，我们将已知的参考力施加到传感器上，通过测量传感器的输出信号，建立传感器输出和实际大小之间的对应关系，从而实现力的准确测量。
通过定标，我们可以了解到传感器的输出信号与实际力之间的关系，校正传感器的非线性误差和漂移误差，提高测量的精度和可靠性。
其次，力敏传感器的定标可以提高系统的稳定性。
传感器在工作过程中可能受到温度、湿度、机械振动等环境条件的影响，这些因素都会对传感器的输出信号产生干扰和误差。
通过定标，我们可以了解到这些环境因素对传感器输出的影响程度，从而做出相应的校正。
通过对传感器进行校准和调整，可以降低环境因素对传感器的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
最后，力敏传感器的定标可以保证数据的可比性。
力敏传感器在不同时间、不同地点和不同设备上的应用是非常广泛的。
为了保证测量数据的可比性，我们需要对传感器进行统一的标定。
通过定标，我们可以选择一个标准的参考力和测量条件，对传感器进行校准，使得不同的传感器可以得到可比的结果。
这样，无论在什么时候、何地、何种设备上进行测量，都可以得到相同的结果，提高数据的可靠性和可信度。
综上所述，力敏传感器的定标具有非常重要的意义。
通过定标，可以保证测量的准确性，提高系统的稳定性，同时保证数据的可比性。
定标过程需要严格按照标准操作，选择合适的参考力、测量条件和校准方法，确保定标结果的准确性和可靠性。
只有经过定标的力敏传感器才能够真正发挥其作用，满足各种精密测量和控制的需求。
对力敏传感器定标的目的是什么
对力敏传感器定标的目的是什么力敏传感器进行标定，是为了保证实验数据的准确。
力敏传感器是将应力、压力等力学量转换成电信号的转换器件。
力敏传感器有电阻式、电容式、电感式、压电式和电流式等多种形式，它们各有优缺点。
半导体压力传感器的主要技术性能：输出3~20mV/V; 精度0.25%; 频率0~ 5000Hz; 工作温度-55~120摄氏度。
这种传感器的优点是体积小、成本低，缺点是对湿度十分敏感。
压电式力敏传感器的优点是灵敏度高，工作温度范围宽(-70~250摄氏度)，缺点是成本稍高。
近年来，压电式力敏传感器的应用领域和市场销售额明显扩大。
力传感器应用举例及原理
力传感器应用举例及原理引言力传感器是一种用于测量物体受到的力的装置，广泛应用于工业、科研和生活中。
本文将介绍力传感器的原理及其在不同领域的应用举例。
力传感器原理力传感器基于胡克定律，即力与物体的弹性变形成正比。
当一个物体受到外力作用时，它会产生微小的形变，力传感器通过测量这种形变来计算作用在物体上的力。
力传感器的常见原理包括应变计原理、电容原理、电磁原理和压电原理等。
应变计原理是最常见的一种，它利用金属应变计的电阻随应变变化的特性来测量力的大小。
电容原理则是利用电容器的电容与电极之间的距离成反比的特性来测量力的大小。
电磁原理是利用电磁感应的原理来测量力的大小，而压电原理则是利用压电材料的特性来测量力的大小。
工业领域应用举例1. 汽车制造•力传感器在汽车制造中的应用非常广泛。
例如，在汽车制动系统中，力传感器用于测量制动踏板受到的力，以确保制动系统的正常工作。
•力传感器还可以用于汽车座椅的调节系统，以根据乘客的体重和位置调整座椅的角度和高度。
•另外，力传感器还可以用于汽车悬挂系统，以测量悬挂系统受到的力，从而提供更好的悬挂调节和驾驶舒适性。
2. 机械制造•在机械制造中，力传感器被广泛用于负载测试和力控制。
例如，在起重机和吊车上安装力传感器，可以准确测量吊钩受到的负载，以确保安全起重。
•力传感器还可以用于机械加工中的切削力测量，以优化刀具的使用寿命和加工效率。
3. 物料测试•力传感器在物料测试中也有重要的应用。
例如，在食品和药品工业中，力传感器被用于测量物料的压缩强度和硬度，以确保产品质量的稳定性。
•另外，力传感器还可以用于材料的拉伸和弯曲测试，以评估材料的力学性能和耐久性。
科研领域应用举例1. 生物力学研究•力传感器在生物力学研究中起着关键作用。
例如，在人体运动分析中，力传感器可以用于测量肌肉受力，以研究人体运动的力学特性和运动控制机制。
•另外，力传感器还可以用于生物力学实验中的动物模型，以研究动物的运动能力和肌肉力量。
一、力敏传感器概述
图2-4 直流电桥
（2-2）
0 若使此电桥平衡，即U 0 ，只要 R1R3 R2 R4 。一般 R1 R1 R2 R3 即可实现。现将 R4 R 我们取 换成电阻 应变片，即组成半桥单臂电桥，随构件产生应变造 成传感器电阻变化时，式（2-2）变成
R U E 4R 2R
图2-2 金属丝式电阻应变片的基本结构图
② 金属箔式应变片。如图2-3所示，它与金属丝式电 阻应变片相比，有如下优点：用光刻技术能制成各 种复杂形状的敏感栅；横向效应小；散热性好，允 许通过较大电流，可提高相匹配的电桥电压，从而 提高输出灵敏度；疲劳寿命长，蠕变小；生产效率 高。 但是，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式 应变片的大，有的能相差几十欧姆，需要调整阻值。 金属箔式应变片因其一系列优点而将逐渐取代丝式 应变片，并占主要地位。
B O S
阶段小结
力敏传感器是将动态或静态力的大小转换成便于 测量的电量的装置。本模块介绍了电阻应变式传感器， 其将外力转化成电阻值的变化，再利用电桥电路检测 出电阻值的变化值，从而得出对应的力变化量。还讲 述了电感式传感器，其将外力引起的微小位移量转化 成电感参数的变化，从而得出相应力的变化量。如位 移量很小，可采用差动变压器来放大信号的方式，以 提高传感器的灵敏度。
（2） 温度补偿 一般采用桥路补偿法、应变片补偿法或热敏电阻 补偿法。 所谓桥路补偿法，如图2-4所示，当ab间接入应 变片传感器，bc间也接入同样的应变片，但bc 间接入的应变片不受构件应变力的作用，将它 用同样的方法粘贴在与ab间应变片所贴构件材 料相同的材料上，并与ab间应变片处于同一温 度场中，这样ab、bc间应变片的阻温效应相同， R 电阻的变化量 也相同，由电桥理论可知，它 们起了互相抵消作用，对输出电压没有影响。
力敏传感器
液体表面张力系数的测定液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。
[实验目的]1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．学习力敏传感器的定标方法[实验原理]测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即F=α·π(D1十D2) （1）式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即△U=KF （2）式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。
[实验装置]1.结构图图1 结构图1、水平调节螺丝2、升降螺丝3、玻璃器皿4、吊环5、力敏传感器6、支架7、固定螺丝8、航空插头9、底座 10、数字电压表 11、调零图2为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。
用力敏传感器测量一元硬币的密度实验报告
用力敏传感器测量一元硬币的密度实验报告实验目的：用力敏传感器测量一元硬币的密度
实验原理：力敏传感器测力原理是利用压阻效应，传感单元由多层微小金属片组成，当外力施加在灵敏部位时，硬币会压迫传感单元，造成阻值变化，通过检测阻值的变化量来计算出施力的大小。
实验步骤：
1.首先使用电子秤准确测量硬币的重量，并记录下来。
2.然后将硬币放在力敏传感器上方，并导通电流。
3.让硬币以任意一个角度落下，使其瞬间施加力于传感器上。
4.读取传感器的数值，并记录下来。
5.重复3-4步骤，取数10次，并取其平均值。
6.根据传感器的敏感范围以及重量的大小，计算出硬币受到的压力。
7.根据硬币的尺寸和体积计算出硬币的密度。
实验结果：
通过实验，我们得到了硬币的重量为7.315g，测得的传感器数值平均值为3.79N。
根据传感器敏感度为1.048N/V，可以求得硬币的受力为3.79/1.048=3.62V。
根据硬币的尺寸和重量可以计算出其体积为
0.919cm³，而硬币密度的计算公式为density=m/v，根据所测得的重量和体积，可得硬币密度为7.95g/cm³。
实验结论：
通过本次实验，我们得到了一元硬币的密度，得到的结果与国家标准11.0g/cm³相差不大，因此可以认为实验结果是准确可靠的。
同时，本实验展示了利用力敏传感器测量物体的密度的方法，证明了力敏传感器的测力原理和用途。
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原因： 还存在有横向效应
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（三）横向效应
敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变εx，电阻 圆弧段：沿轴向压应度εy 电阻 K
εy
εx
(箔式应变片)
εy
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横向效应
应变片的横栅部分将纵栅部分的电阻变化抵消了一部分，降低了整个电阻应变片的 灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。 敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。
• 缺点： 在温度变化较大的条件下，很难做到工作片与梯补偿片处于温度完全一致的 情况，因而影响补偿效果。
③热敏电阻补偿
R5 分流电阻
R1＋⊿R
R2 Rt
U
Ui
R3
R4
U0
TK
Rt
URt
U = Ui - URt
K
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5. 电阻应变式传感器的应用
1 应变式力传感器 2 应变式压力传感器 3. 应变式液体重量（或液位）传感器 4 应变式加速度传感器
• 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大， 工作范围广，易实现工业化生产
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
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2 、金属应变片的主要特性
（一）应变片的电阻值 R （二）灵敏系数 （三）横向效应
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（一）应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下，在室温下测得的电阻值
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1、 工作原理
（1）电阻应变效应
R＝ l
A
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F Δl、ΔA 、Δρ ΔR
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R l A R l A
半径为r的圆导体，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r 由材料力学可知，在弹性范围内，
l / l , r / r , / E
R (1 2 E)
R
ε为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量； μ为电阻丝材料的泊松比，一般金属μ=0.3~0.5；
半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
R R
k0
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（3） 应变片的基本结构与种类
丝绕式
敏感栅 基底 覆盖层
直径为0.025mm左右的合金电阻丝 绝缘 保护
位移、力、力矩、加速度、压力
弹性敏 感元件
应变
外力作用
应变片
被测对象表面产生微小机械变形
应变片敏感栅随同变形
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电阻值发生相应变化
' 0
U 4
R R
实际输出电压
U0
U
R 4R 2R
U 4
R R
1
1 2
R 1
R
电桥的相对非线性误差为
U0
U
' 0
1
1
1 2
R 1
R
1 1
1 2
R R
1
1 2
R R
1 2
K
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减小非线性误差 采用的措施为：
（1）采用半桥差动电桥 R1＋⊿R1
F R1
R3
R2
U
R2－⊿R2 U0
R1 R1
)1
R4 R3
U
UO
n
1 n2
R1 U R1
电桥灵敏度定义为:
ku
UO R1 / R1
n
ku
U
1 n2
当n =1 时，得
U ku 4
UO
U 4
R1 R1
(2)非线性误差及其补偿
略去分母中的ΔR1/R1项 ,假设ΔR1/R1<<1 单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系
U
输出电压为：
U0
U
R
R
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4.温度误差及其补偿
( 1)当环境温度变化△t 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ，
则引起的电阻相对变化为
Rt Rt R0 R0 t
(2)试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t时，因试件 材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉
长（或压缩），引起的电阻相对变化.
R2
R1t / R1
1 K1(g s1)
通过调节两种敏感栅的长度来控制 应变片的温度自补偿，
可达±0.45μ /℃的高精度
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② 电桥补偿法
R1
Rb
U0
R3
R4
U
F
R1
F
Rb
R1 +⊿R Rb -⊿R
R1＋⊿R
Rb－⊿R
U0
R3
R4
U
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电桥补偿法
• 优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好.
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（2） 应变式压力传感器
P
膜 R1 片
R2
U0
R4 R3
U
膜片式压力传感器
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筒式压力传感器 测较大压力
机床液压系统的压力（106～107Pa）， 枪炮的膛内压力（108Pa），
动态特性和灵敏度主要由材料的E值和尺寸决定
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组合式压力传感器
应变片不直接粘贴在压力感受元件上 压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等
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R1
R2
IL
RL
R4 R3
U
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2、不平衡直流电桥的工作原理及灵敏度
R1 R3
R2
U0
R4
U
UO
U
R1R4 R2 R3
(R1 R2 )R3 R4
R1R4 R2 R3
应变片工作时，R1其电阻变化为ΔR，设桥臂比n=R2/R1 输出电压：
R4 R1
UO
(1
R2 R1
R3 R1
Rt R0 K0t R0 K0 ( g s )t
s 应变丝的线膨胀系数； g 试件的线膨胀系数
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由于温度变化而引起的总电阻变化为
Rt Rt Rt R0t R0K0 ( g s )t
相应的虚假应变输出
t
Rt / R0 K0
t
K0
(g
s )t
温度补偿
温度 补偿
λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；
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（2）金属电阻的灵敏系数
k0
R
R
1 2
/
1 2
材料的几何尺寸变化引起的
k 0 / 材料的电阻率ρ0以前者为主（μ = 0.25～0.5 (钢 μ = 0.285 ）
k0≈1.5～2
等截面梁
结构简单，易加工，灵敏度高 适合于测5000N以下的载荷,也可用于小压力测量
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Ⅱ
等
F
强 度 悬 臂
X
l
h
6lF
b0h 2 E
梁
Ⅲ
双 端
3lF
4bh2 E
固
定
梁
③薄壁圆环压力传感器
3F[R (h bh2 E
/
2)]
1
2
在外力作用下，各点的应力差别较大
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3、 电阻应变片的测量电路
1 直流电桥 2 非线性误差及其补偿
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(1) 直流电桥
• 直流电桥的工作原理
IL
U
RL (R1
R2 )( R3
R1R4 - R2 R3 R4 ) R1R2 (R3 R4 ) R3R4 (R1
R2 )
IL=0时电桥平衡
平衡条件 :
R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4
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U0 U1 U2 ( A1 A2 ) g h
式中 A1 、A2——传感器的传输系数； g ——重力加速度(m/s2)；
ρ——被测溶液的密度(Kg/m3)。 如ρ不变，则 U 0与h有关，构成液位计
溶液重量
U0
( A1
A2 )Q D
式中 Q——容器内感压膜上面溶液的重量(N) ； D——柱形容器的截面积(m2)。
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应变片的类型和材料
• 金属丝式 • 金属箔式
回线式 短接式
• 金属薄膜式
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金属丝式应变片
1-基片；2-电阻丝； 3-覆盖层；4-引出线
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金属箔式应变片
• 在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电 阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法， 制成适用于各种需要的形状。
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（4） 应变式加速度传感器
应变式加速度传感器结构示意图 1—等强度梁 2—质量块 3—壳体 4—电阻应变片
在低频（10~60Hz）振动测量中得到广泛的应用, 但不适用于频率较高的振动和冲击。
返返 回回
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• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压； 输出信号大； 敏感栅尺寸也增大。
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（二）灵敏系数
k R / R
“标称灵敏系数”：应变片的灵敏系数Ｋ是通过抽样测 定得到的,产品包装上表明的“标称灵敏系数”是出厂