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。
力敏传感器的应用
力敏传感器的应用
力敏传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其 广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、 智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电 力、船舶、机床、管道等众多行业。
力敏传感器的应用---称重测量领域
称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、 在线控制、安全过载报警、电子叉车、动态轴重秤、 电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料 斗秤、配料秤、罐装秤等。
力敏传感器的应用---压力测量领域
力敏传感器的应用---张力测量领域
力敏传感器的应用---军事领域
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力敏传感器的分类
力敏传感器的分类咱今儿个就来唠唠力敏传感器的分类，聊聊这玩意儿到底有啥门道。
说起力敏传感器，咱先得明白，这玩意儿就像是咱们身体的皮肤，啥时候轻碰啥时候重压，它都得知道。
力敏传感器呢，就是专门用来测量力的那些小玩意儿。
它们就像是那些细心的厨子，专挑不同食材来做菜，不同的力敏传感器也是为不同的场合量身定制的。
老张头家里养了只猫，这猫可皮了，动不动就跳到桌子上，把老张头刚泡好的茶给弄翻了。
老张头一气之下，决定给桌子装个力敏传感器，让这猫一跳上去，桌子就响铃警告。
老张头选的这款传感器呢，是电阻式力敏传感器。
咋回事呢？这玩意儿就像是橡皮泥，你越按它，它的电阻就越小。
猫一跳上去，传感器就知道这猫有多重，铃声就响起来了。
不过呢，老张头这猫可不简单，它学会了轻轻跳上去，不让铃声响。
这下老张头可犯愁了，他想啊想啊，决定换个更灵敏的传感器。
电容式力敏传感器就成了他的新宠。
这玩意儿就像是那些高科技的触摸屏手机，你一碰它，它就知道你碰了。
猫一落脚，电容就变化了，铃声照样响起。
老张头这下乐了，心想这回总该管用了吧？可他忘了，这猫可是个聪明货，知道怎么避开这些小把戏。
老张头一琢磨，这猫怕是比他还懂得这些传感器的门道了。
于是，他决定再换一款，这次是压电式力敏传感器。
这玩意儿就像是那些踩上去就响的玩具，你一压它，它就发电。
老张头把这传感器装在桌子四角，猫一落脚，电压就变化了，铃声自然响起来了。
老张头这下算是安心了，可他又开始琢磨，这传感器的分类还有没有更高级的？于是，他找来了老李头，老李头可是个技术宅，啥新鲜玩意儿都知道。
老李头一听，哈哈大笑，说：“老张，你这猫都快成精了，还得用更高级的玩意儿！”老李头给老张头介绍了光纤式力敏传感器。
这玩意儿就像是那些光纤网络，你一压它，光的传播路径就变了。
老张头一听，眼睛都亮了，心想这回总该能管住这猫了吧？可老李头又说：“这玩意儿贵着呢，你得考虑考虑。
”老张头一听，顿时犯了难，这猫是该管管，可钱也是个问题啊。
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。
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
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。
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。
逐差法求力敏传感器的灵敏度
逐差法求力敏传感器的灵敏度一、什么是力敏传感器？你知道吗？力敏传感器其实就像是能“听见”压力的耳朵，能感知到施加在它表面上的微小压力变化，然后把这些变化转化为电信号。
简单来说，就是当我们在它上面施加一点压力时，它的输出信号就会发生变化。
这些变化，常常用于各种仪器设备中，比如测量我们体重的电子秤，或者是一些自动化生产线上的压力检测。
听起来是不是很酷？其实就是它们把“感觉”传给了机器，让机器知道外界的变化。
二、什么是灵敏度？灵敏度，通俗来讲，就是传感器对变化的“敏感”程度。
说白了，就是当你施加一点力量，它能感知到多少变化，输出信号有多大。
灵敏度越高，说明传感器越能感知到微小的力变化，就像是你在听别人讲故事时能迅速抓住重点，连点滴的细节都不放过。
而如果灵敏度低了，那就像耳朵听不清楚别人说话，微小的变化根本察觉不出来。
你能理解吧，灵敏度就是传感器“细心”的程度。
三、逐差法怎么求灵敏度？说到逐差法，听起来好像很复杂对不对？其实它就像是你吃饭时用筷子挑出米粒一样简单。
你想知道一个力敏传感器的灵敏度，最简单的办法，就是把传感器在不同的压力下的输出信号拿来做个比较。
比如说，你先在传感器上加上一点力，测量一下它的输出信号，然后再加上一点更大的力，再测量输出信号。
然后呢，你把两个输出信号之差除以压力变化，这就是传感器的灵敏度了。
1、好比我们做数学题，不是先求出这两个数，再做减法嘛。
输出信号之差就等于你做减法的结果，压力的差则是你除数的部分。
结果一出来，灵敏度就水落石出了。
简单吧？2、这个方法其实有点像你在平时生活中的“调味”过程。
比如你在做菜，觉得盐放得太多了，就得通过少放点盐来调整口味。
这个逐差法就是把每一步的“调整”都清清楚楚地算出来，你对比不同的压力下的输出信号变化，调整出最佳灵敏度。
想象一下，拿个小勺子把盐一点点地加进去，直到你觉得刚刚好，那感觉就像是在找传感器最合适的灵敏度。
3、你说这个逐差法是不是有点像是打怪升级？对！你不断增加压力，逐步验证传感器的反应，慢慢就能得出最准确的灵敏度。
力敏传感器的原理
力敏传感器的原理力敏传感器是一种广泛应用于工业自动化、机器人、医疗设备等领域的传感器，用于测量和感知物体施加在其上的力的大小。
它基于材料的力学特性以及与物体接触的感知技术，可以精确地测量静态或动态的力，并将其转化为电信号输出。
力敏传感器的原理主要分为两种类型：压电式和变阻式力敏传感器。
1. 压电式力敏传感器压电式力敏传感器利用压电效应来实现力的测量。
压电效应是指某些晶体材料在受到机械应力时会产生电荷或电位变化的现象。
压电材料通常是由特殊晶体或陶瓷制成，如石英、锆酸钛等。
在压电式力敏传感器中，压电材料被安置在传感器的接触面上。
当外界力作用在传感器上时，力会通过接触面传递给压电材料。
由于压电效应，压电材料内部的电荷或电位会发生变化，这种变化可以通过感应电极捕捉到，并转化为电信号输出。
2. 变阻式力敏传感器变阻式力敏传感器则利用材料的电阻随受力变化的特性来实现力的测量。
在变阻式力敏传感器中，通常采用应变测量电阻（strain gauge）来感知受力。
应变测量电阻是一种以金属导线或薄膜材料制成的电阻，其电阻值会随着受力的变化而发生变化。
通常，应变测量电阻被粘贴或粘合在传感器的应变区域上，当外界力作用于传感器时，应变区域发生形变，从而导致应变测量电阻的电阻值发生变化。
为了测量电阻值的变化，变阻式力敏传感器通常需要一个电桥电路。
电桥电路由多个电阻组成，其中一个电阻为应变测量电阻，其余的为补偿电阻和标定电阻。
当外界力施加在传感器上时，应变测量电阻的电阻值发生变化，这会引起电桥电路不平衡，进而产生微小的电压差。
这个电压差可以通过电桥电路中的放大器放大，并转化为可供读取和处理的模拟电信号或数字信号输出。
总结起来，力敏传感器的原理主要包括压电效应和应变测量电阻。
压电式力敏传感器利用压电效应将受力转化为电荷或电位变化，并输出相应的电信号；而变阻式力敏传感器则利用应变测量电阻的电阻值随受力变化的特性，通过电桥电路将变化转化为电压差输出。
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。
力敏传感器的分类
2.压阻式传感器
压阻式传感器
是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传 感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通 过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
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3.电感式传感器
3.电感式传感器
电感式传感器
是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量， 振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路 转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
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4.电容式传感器
4.电容式传感器
电容式传感器
是把被测的机械量，如位移、压力等转换 为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是 具有可变参数的电容器。
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5.压电式传感器
5.压电式传感器
压电式传感器
是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。 它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此 电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受 外力的电量输出。
力敏传感器的分类
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1.应变式传感器 2.压阻式传感器 3.电感式传感器
4.电容式传感器
5.压电式传感器 6.谐振式传感器
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1.应变式传感器
1.应变式传感器
应变式传感器
利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
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6.谐振式传感器
6.谐振式传感器
谐振式传感器
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。
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。
力敏传感器的概念
3.常用压强单位换算表
常用压强单位换算表
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2.压力、压强的概念
压强的概念
物体单位面积上受到的压力叫做压强。
1巴（bar）=1标准大气压（ATM）=1公斤/ 平方厘米 =100千帕（KPa)=0.1兆帕（MPa） 欧美等国家习惯使用psi（磅/平方英寸）作 单位： 1psi=6.895kPa
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3. 常用压强单位换算表
力敏传感器的概念
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压强单位换算表
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1 . 力敏传感器的概念
1.力敏传感器的概念
力敏传感器的概念
力敏传感器是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传 感器。 可用于测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数，由于它们 都与机械应力有关，这类传感器常被称为力敏传感器。
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2. 压力、压强的概念
2.压力、压强的概念
压力的概念
压力在物理学方面指垂直作用在物体表 面上的力。受力物是物体的支持面，作用点 在接触面上，方向垂直于接触面，在受力物 体是水平面的情况下，压力（F）=物重 （G）。在这种情况下，压力单位为 牛顿 （简称 牛 字母为“N”）。 1牛顿(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf). 1千克力(kgf)=9.8牛顿(N)
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测量物体施加力的设备，能够将力量转化为电信号输出。
力敏传感器的定标是指校准传感器的输出，使其能够准确地反映所测量的力量大小。
力敏传感器的定标具有很高的意义，可以从以下几个方面进行解释。
首先，力敏传感器的定标可以确保传感器的准确性。
由于传感器的制造过程中难以避免一些误差的存在，需要对传感器进行定标以消除这些误差。
通过与已知力量的比较，可以校正传感器的输出，使其与实际力量一致。
这样，定标后的传感器可以提供准确的力量测量结果，为后续的应用提供可靠的数据。
其次，力敏传感器的定标可以实现传感器之间的互换性。
在一些场合中，需要多个力敏传感器进行力量的测量。
如果传感器之间存在差异，那么所得到的力量数据可能会不一致，导致应用的结果不准确。
通过进行定标，可以消除传感器间的差异，使得不同传感器的输出具有一致性，可以互换使用。
这样，就可以在应用中使用多个传感器，获取更全面的数据，提高测量的精度和可靠性。
第三，力敏传感器的定标可以增加传感器的可靠性和稳定性。
在传感器使用的过程中，会受到各种影响因素的干扰，如温度变化、机械震动等。
这些因素可能会导致传感器输出的变化，使得测量结果不准确。
通过定期对传感器进行定标，可以及时发现并修正传感器的偏差，确保传感器的性能始终在可接受范围内。
这样，就可以保证传感器的可靠性和稳定性，提高应用的可靠性和稳定性。
第四，力敏传感器的定标可以满足不同应用的需求。
不同的应用对传感器的要求可能不同，需要有不同的传感器输出范围和灵敏度。
通过定标，可以根据应用的需求进行调整，使传感器的输出符合应用的要求。
这样，就可以满足各种不同应用场景的需求，提高传感器的适用性和灵活性。
最后，力敏传感器的定标为传感器的质量控制提供了重要依据。
定期对传感器进行定标可以监测传感器的性能变化，及时发现传感器的问题。
这样，可以及时采取措施进行维修或更换，提高传感器的使用寿命和维修效率。
同时，定标也可以为传感器的生产和出厂质量控制提供重要依据，确保传感器的质量符合标准要求，提高产品的竞争力和市场认可度。
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！。
力敏传感器的工作原理与分类
图2-5 直流电桥的连接方式
半桥双臂 （b）全桥电路
对于半桥双臂 （2-5） 全桥 （2-6） 即半桥双臂可使电压灵敏度比半桥单臂提高一倍，而全桥电路电压灵敏度又比半桥双臂电压灵敏度提高一倍。可见，利用全桥，并提高供电电压E，可提高灵敏度系数。
（2-3）
一般 ，可忽略，由此可得
可见，输出电压与电阻变化率成线性关系，也即和应变成线性关系，由此即可测出力值，由式（2-3）可得半桥单臂工作输出的电压灵敏度
（2-4）
为了提高输出电压灵敏度，可以采用半桥双臂或全桥电路，如图2-5所示。图2-5（a）为半桥双臂，图2-5（b）为全桥电路。
图2-4 直流电桥
（2-2）
若使此电桥平衡，即 ，只要 。一般我们取 即可实现。现将 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
应变片补偿法分自补偿和互补偿两种。自补偿法的原理是合理选择应变片阻温系数及线膨胀系数，使之与被测构件线膨胀系数匹配，使应变片温度变化时，由热造成的输出值为0。应变片互补偿法的原理是检测用的应变片敏感栅由两种材料组成，在温度变化时，它们的阻值变化量 相同，但符号相反，这样就可抵消由于温度变化而造成传感器误输出。使用中要注意选配敏感栅电阻丝材料。
（1） 温度误差
（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，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。
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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1×10-3～1×10-2N 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。
图 2 液体表面张力测定装置
2.仪器组成及技术指标
2.1硅压阻力敏传感器
（1）受力量程：0—0.098N
（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）
（3）非线性误差：≤0.2%
（4）供电电压：直流3～6伏
2.2显示部分
（1）读数显示：200 mV 三位半数显表
（2）调零：手动多圈电位器
（3）连接方式：5芯航空插头
2.3力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置
2.4吊环：外径φ
3.5cm、内径φ3.3、高0.8cm的铝合金吊环。
2.5直径φ12.00cm或φ1
3.00cm玻璃器皿一只
2.6砝码盘及0.5克砝码7只
2.7用本仪器测量水等液体的表面张力系数的误差≤5%
3.使用步骤
3.1开机预热。
3.2清洗玻璃器皿和吊环。
3.3在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
（玻璃盛器底部可用双面胶与升降台面贴紧固定）
3.4将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。
3.5若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻，并在它晃动停止之后，方可读数。
3.6换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以顺时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为逆时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说相对吊环往上提
拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。
特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为 U1，拉断时瞬间数字电压表读数为 U2。
记下这两个数值。
4.整机使用注意事项
4.1吊环须严格处理干净。
可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。
4.2吊环水平须调节好，注意偏差10，测量结果引入误差为0.5%；偏差20，则误差
1.6%。
4.3仪器开机需预热15分钟。
4.4在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。
4.5实验室内不可有风，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。
4.6若液体为纯净水。
在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染，特别注意手指不要接触被测液体。
4.7力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。
过大的拉力传感器容易损坏。
4.8实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。
［实验内容］
一、必做部分
1、力敏传感器的定标每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，
定标步骤如下：
（1）打开仪器的电源开关，将仪器预热。
（2）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节调零旋钮，使数字电压表显示为零。
（3）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值U.
（4）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K.
2、环的测量与清洁：
（1）用游标卡尺测量金属圆环的外径D1和内径D2
（2）环的表面状况与测量结果有很大的关系，实验前应将金属环状吊片在NaＯＨ溶液中浸泡20～30秒，然后用净水洗净。
3、液体的表面张力系数
（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。
（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降，这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值U2。
△U＝U1-U2
（3）将实验数据代人公式（2）和（1），求出液体的表面张力系数，并与标准值进行比较。
二、选做部分测出其他待测液体，如酒精、乙醚、丙酮等在不同浓度下的表面张力系数
三、实验数据和记录
1、传感器灵敏度的测量
2、水的表面张力系数的测量
金属环外径D1= cm,内径D2= cm, 水的温度：t= ℃.。