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力传感器如何工作？
2022-03-23 17:06:16· 来源：HBM 测试与测量
基于应变的力传感器工作原理为了解释力传感器如何工作，我们首先需要来回答这个问题：大多数通用力传感器内部都有应变片，应变片是如何工作的？让我们来简单地了
基于应变的力传感器
工作原理
为了解释力传感器如何工作，我们首先需要来回答这个问题：大多数通用力传感器内部都有应变片，应变片是如何工作的？
让我们来简单地了解下应变片：其作为电导体牢固地附着在基底上。当基底被拉伸时，应变片将会变长。反之被压缩时，应变片将会缩短。结果是导致应变片电阻产生变化。这就是应变测量原理，通过应变电阻变换来确定应变大小。
为了制造力传感器，除了应变片外还需要一个弹性体 - 例如采用不锈钢等。应变片将牢固地黏贴在弹性体上。
我们采用弹性体最简单的形式 - 钢圆柱体来进行说明。
如果应变片被压缩，其电阻（Ω）会下降，如果拉伸，则电阻增加。
如果应变片被压缩，其电阻（Ω）会下降，如果拉伸，则电阻增加。
图中为惠斯通电桥，四个应变片组成一个 桥路。
图中显示的四个应变片组成惠斯通电桥。这里不详细解释惠斯通电桥（详情见参考书《采用应变片进行应力测量和传感器制造》)。由于应变片牢固地黏贴在弹性体上，因此应变片将产生和弹性体一样的变形，这将导致电阻产生变化。通过惠斯通电桥将这些变形信息转换为电信号。这样就可以计算出作用在应变片上力的大小。这就是力传感器的工作原理。
称重传感器和力传感器之间有什么区别？
原理上，它们似乎非常类似：称重传感器测量质量或重量，力传感器测量力（即N或牛顿）。他们是否可以互换？每个牛顿大约等于100克，力传感器可以转换为称重传感器！但是实际上不是这么简单。
区别1
称重传感器仅测量重量，并且仅是重力场方向（也就是只能测量垂直地面方向的力）。而且重量将一直大于 0。如果一个容器放在称重传感器下方，其并不会产生一个相反方向的重量。而力传感器则不同，其可以各种方向和角度倾斜的拉力和压力等。
区别2
称重传感器在工厂中生产，然后需在现场进行标定。力传感器生产后立即在工厂进行校准，并且需要保证传感器拆下并安装后，测量值相同。因此，力传感器具有比称重传感器更坚固的结构，以保证在多种变化条件下测量值的重复性。
区别3
称重传感器和力传感器的标准不同，称重传感器一般为贸易秤标准，而力传感器需要满足 VDI 2635 或 ISO 376 标准。在这些标准中，可重复性是其中最重要的因素。
U10M 力传感器
Z6 剪切梁称重传感器
应用领域
"力传感器几乎可以用于任何地方，例如测试台的气隙力测量，即使力传感器没有接触到平台，力依然可以测量"。– Thomas Kleckers
总而言之，我们将看一下力传感器的应用领域。
· 测量对物体的作用力。示例：如意外事故对摩托车头盔的影响。
· 测量值和参考值之间进行国际比对。世界各地的计量机构都使用特别精确的力传感器进行测试。提供参考测量值。
· 在测试台上，力传感器通常确保可以精确地控制所需的载荷：例如对飞机机翼的加载测试，模拟真实飞行状态。
· 工业设备，例如在印刷机，装配线或终端测试中例如盖子是否被牢固地合拢？
您还可以通过如下方式联系我们，了解更多产品与应用详情：
邮箱：hbmchina@hbm.com.cn
网址：www.hbm.com
免费热线电话：400-900-3165（周一至周五9:00-18:00）
工作原理
为了解释力传感器如何工作，我们首先需要来回答这个问题：大多数通用力传感器内部都有应变片，应变片是如何工作的？
让我们来简单地了解下应变片：其作为电导体牢固地附着在基底上。当基底被拉伸时，应变片将会变长。反之被压缩时，应变片将会缩短。结果是导致应变片电阻产生变化。这就是应变测量原理，通过应变电阻变换来确定应变大小。
为了制造力传感器，除了应变片外还需要一个弹性体 - 例如采用不锈钢等。应变片将牢固地黏贴在弹性体上。
我们采用弹性体最简单的形式 - 钢圆柱体来进行说明。
如果应变片被压缩，其电阻（Ω）会下降，如果拉伸，则电阻增加。
如果应变片被压缩，其电阻（Ω）会下降，如果拉伸，则电阻增加。
图中为惠斯通电桥，四个应变片组成一个 桥路。
图中显示的四个应变片组成惠斯通电桥。这里不详细解释惠斯通电桥（详情见参考书《采用应变片进行应力测量和传感器制造》)。由于应变片牢固地黏贴在弹性体上，因此应变片将产生和弹性体一样的变形，这将导致电阻产生变化。通过惠斯通电桥将这些变形信息转换为电信号。这样就可以计算出作用在应变片上力的大小。这就是力传感器的工作原理。
称重传感器和力传感器之间有什么区别？
原理上，它们似乎非常类似：称重传感器测量质量或重量，力传感器测量力（即N或牛顿）。他们是否可以互换？每个牛顿大约等于100克，力传感器可以转换为称重传感器！但是实际上不是这么简单。
区别1
称重传感器仅测量重量，并且仅是重力场方向（也就是只能测量垂直地面方向的力）。而且重量将一直大于 0。如果一个容器放在称重传感器下方，其并不会产生一个相反方向的重量。而力传感器则不同，其可以各种方向和角度倾斜的拉力和压力等。
区别2
称重传感器在工厂中生产，然后需在现场进行标定。力传感器生产后立即在工厂进行校准，并且需要保证传感器拆下并安装后，测量值相同。因此，力传感器具有比称重传感器更坚固的结构，以保证在多种变化条件下测量值的重复性。
区别3
称重传感器和力传感器的标准不同，称重传感器一般为贸易秤标准，而力传感器需要满足 VDI 2635 或 ISO 376 标准。在这些标准中，可重复性是其中最重要的因素。
U10M 力传感器
Z6 剪切梁称重传感器
应用领域
"力传感器几乎可以用于任何地方，例如测试台的气隙力测量，即使力传感器没有接触到平台，力依然可以测量"。– Thomas Kleckers
总而言之，我们将看一下力传感器的应用领域。
· 测量对物体的作用力。示例：如意外事故对摩托车头盔的影响。
· 测量值和参考值之间进行国际比对。世界各地的计量机构都使用特别精确的力传感器进行测试。提供参考测量值。
· 在测试台上，力传感器通常确保可以精确地控制所需的载荷：例如对飞机机翼的加载测试，模拟真实飞行状态。
· 工业设备，例如在印刷机，装配线或终端测试中例如盖子是否被牢固地合拢？
您还可以通过如下方式联系我们，了解更多产品与应用详情：
邮箱：hbmchina@hbm.com.cn
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