力传感器的作用 力传感器的基本功能和种类

力传感器的基本功能和种类

力传感器一个最常见最基本的应用就是称重。工业自动化中的自动称重分拣设备、称重给料设备都离不开力传感器。

力传感器 可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器，因为其工作原理的不同，被广泛应用于各个行业，因为技术的繁复和文章篇幅原因不一一例举，但他的作用是不容忽视的。

力传感器的功能是什么？

许多物理定律都是基于力的概念。当一个力作用在质量为m的物体上时，它会改变物体的速度。有许多与力有关的概念，如推力、阻力和扭矩。当施加到物体上时，推力会增加物体的速度，阻力会降低速度，扭矩会导致物体的速度改变。当物体中的力平衡分布时，就没有加速度。

随着技术的发展，一种有助于监测的传感器被引入，即力传感器。今天，我们来看看力传感器的工作原理和应用。

力传感器根据测量类型分一维，二维，三维，多维（如六维）力传感器，根据原理有应变式，压电式，压阻式，最近几年也出现了光学的力传感器。

力传感器主要由三部分组成：

力传感元件（即弹性体、铝合金、合金钢和不锈钢是常用材料）。转换元件（最常见的是电阻应变计）。电路部分（一般包括漆包线、印刷电路板等）。

力可以产生各种物理效应，力传感器可以根据不同的需求设计和制造。主要包括：

（1）测得的力使弹性体（如弹簧、梁、波纹管、膜片等）产生相应的位移，通过测量位移得到力信号。

（2）弹性元件和应变计一起形成传感器，应变计牢固地粘在元件表面上。当弹性元件受力时，应变仪的电阻值发生变化（应变仪的几何形状和电阻率发生变化，导致电阻值发生改变），通过电阻测量获得力信号。应变计可以由金属箔或半导体材料制成。

（3）使用压电效应测量力。该力直接转化为放置在晶体两侧电极上的电势差。

（4）力引起机械共振系统固有频率的变化，通过频率测量获得相关信息。

（5）相关电磁参数通过电磁力和待测力的平衡来获得力信息。

力传感器具有广泛的功能，可以检测张力、张力、压力、重量、扭矩、内应力和应变。具体设备包括金属应变计、压力传感器等。目前，力传感器已成为电力设备、工程机械、各种机床和工业自动化系统不可或缺的核心部件。

力传感器——高价值量零部件，人形拉动广阔需求空间 投研报告

中邮证券近日发布机械设备深度报告：力传感器——高价值量零部件，人形拉动广阔需求空间。

以下为研究报告摘要：

力传感器在人形机器人领域具备巨大增量应用空间。以特斯拉Optimus为例，力传感器能助力人形机器人实现触觉感知及精准操作多维力传感器在人形机器人领域中主要作用有三方面：力控制、平衡稳定控制、安全防护控制。人形机器人上会组合使用各类力传感器以满足不同的控制需求。其中少部分位置已经开始使用六维力传感器，它们在不同部位的安装可以显著提升机器人的操作性能和稳定性。预测2027E/2030E人形机器人产量突破20.27/122.36万台时，人形机器人领域带来力传感器的增量市场规模为141.70/560.81亿元。

力传感器结构特点、行业及市场格局解析。力传感器是一种检测和度量力/力矩的装置，由力敏元件、转换元件和信号处理单元等具体元件组成，按照测量维度的不同，可以分为一维至六维力传感器，最常见的是一维、三维和六维。根据测量原理不同，可以分为光电式应变式、电容式、压电式等类型，应变式为主流。力传感器产业链上游主要为材料类、元器件及组件类、生产或检测设备等细分行业，中游主要为力传感器的加工制造和封装检测，下游应用领域广泛，可应用于工业、消费电子、汽车电子、机器人、医疗、航空航天等领域。目前六维力/力矩传感器市场基数依然偏小，尚未形成明显规模效应从价值量较高的六维力矩传感器市场来看，国外老牌厂商众多，但受益于机器人市场需求催化，中国市场近年来入局者也在逐年增加，国产厂商正逐步追赶。

六维力传感器的核心技术壁垒在于对精度、准度及串扰性能的提升，未来降本空间大。六维力传感器不光形态多，研发难度也非常大其主要性能参数包括：量程、过载能力、分辨率、重复精度、串扰、准度等，其中体现六维力/力矩传感器综合性能的关键指标是串扰、精度和准度。降低多维力传感器耦合误差的策略大体上可分为结构性解耦和算法性解耦。为了能够达到更高的精度和准度，需要在传感器标定和检测过程中采用六维联合加载的方式，然而六维联合加载设备需自行研制，技术门槛较高。另外，六维力传感器还存在全方位机械过载保护、温度漂移和稳定性控制、多通道信号及实时数据处理和传感器融合等技术壁垒。六维力传感器单价较高，其成本中应变片、人工成本占比较高，未来有望随着市场基数扩大从而有效降本。

产业链相关标的：坤维科技、宇立仪器、鑫精诚传感器、柯力传感、昊志机电、安培龙

风险提示：

人形机器人规模化不及预期风险；六维力传感器技术路径变化风险；产品降价程度不达预期风险。（中邮证券 刘卓,傅昌鑫）

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