傳感器作為人機(jī)交流的工具之一 ，能夠及時(shí)捕捉機(jī)器在運(yùn)行過(guò)程中的各種信息, 為人們的下一步?jīng)Q策提供技術(shù)和理論依據(jù) 。同時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和參數(shù)研究方面，也能提供準(zhǔn)確的技術(shù)支持。

隨著科技的進(jìn)步 ，傳感器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，目前已滲透到各個(gè)領(lǐng)域 。

1、電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器

測(cè)力傳感器的組成

傳感器的作用一般是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出 ,它主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件,測(cè)量電路和輔助電源四部分組成 。

○ 敏感元件: 在傳感器中,主要作用是感受被測(cè)量的變化 ,同時(shí)將被測(cè)量變換成易于變換成電量的某一中間變量。如膜片式壓力傳感器 ,它的敏感無(wú)件是一個(gè)彈性膜片 ,其作用是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟て淖冃?為下一步電信號(hào)的輸出做準(zhǔn)備。

○ 轉(zhuǎn)換元件: 傳感器通過(guò)轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的中間非電量轉(zhuǎn)換為可以被傳感器利用的電量。它主要是利用某些物理的、化學(xué)的或生物的效應(yīng)等來(lái)達(dá)到這一目的。

如膜片式壓力傳感器的轉(zhuǎn)換元件 ,它利用電阻應(yīng)變效應(yīng), 也就是金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨著它所受機(jī)械變形的大小而發(fā)生變化的原理 ,將彈性膜片的變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。

○ 測(cè)量電路: 轉(zhuǎn)換元件輸出的電量常常難以直接進(jìn)行顯示 、 記錄和處理, 需要將其進(jìn)一步變換成可直接利用的電信號(hào)，完成這一功能的是測(cè)量電路。

如應(yīng)變式壓力傳感器中的測(cè)量電路是橋式電路, 它可以將應(yīng)變片輸出的電阻值轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓信號(hào) ,經(jīng)放大后即可推動(dòng)記錄裝置和顯示儀表的工作。

○ 輔助電源 : 有些傳感器除電路電源外 ,還需一輔助電源提供給信號(hào)。

這四部分的聯(lián)系如圖所示:

2、對(duì)測(cè)力傳感器的基本要求

機(jī)械上使用的傳感器型式多種多樣, 但應(yīng)用較多的還是電阻式傳感器。

電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器內(nèi)部電路一般是橋式電路。電阻作為轉(zhuǎn)換元件，電阻阻值的變化最終以信號(hào)的形式輸出。

因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性和穩(wěn)定性好 、輸出精度高等特點(diǎn) , 在實(shí)際中越來(lái)越受到重視。其采用的敏感元件是彈性測(cè)試元件,主體就是一個(gè)彈性體 。其中彈性體的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)尺寸對(duì)測(cè)力傳感器性能的影響極大。

如果測(cè)力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)不合理, 無(wú)論彈性體的加工精度多高、粘貼的電阻應(yīng)變片的品質(zhì)多好,測(cè)力傳感器都難以達(dá)到較高的測(cè)力性能 。

因此, 在測(cè)力傳感器的選擇過(guò)程中, 彈性體的結(jié)構(gòu)型式至關(guān)重要 。

傳感器的電路工作原理如圖所示：

彈性體的設(shè)計(jì)基本屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范圍 ,但因測(cè)力性能的需要, 其結(jié)構(gòu)上與普通的機(jī)械零件和構(gòu)件有所不同 。

普通的機(jī)械零件和構(gòu)件只須滿足在足夠大的安全系數(shù)下的強(qiáng)度和剛度即可 ,對(duì)在受力條件下零件或構(gòu)件上的應(yīng)力分布情況不必嚴(yán)格要求。

然而 ,對(duì)于彈性體來(lái)說(shuō),除了需要滿足機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求以外 ,必須保證彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片部位 ( 以下簡(jiǎn)稱 “貼片部位”) 的應(yīng)力( 應(yīng)變) 與彈性體承受的載荷 ( 被測(cè)力 ) 保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系; 同時(shí), 為了提高測(cè)力傳感器測(cè)力的靈敏度 ,還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高的應(yīng)力( 應(yīng)變 ) 水平