应变式测力传感器应变式压力传感器的工作原理以及它的组成结构分析

发布时间：2024-10-06 12:10:05

应变式压力传感器的工作原理以及它的组成结构分析

压力传感器是检测压力，并将压力信号转换为电信号并成线性输出的装置。压力传感器可分为机械压力传感器和气压（液压）传感器。

机械压力传感器也就是测力传感器，单位通常为N、KN、KGf等等。

压力传感器为电阻应变片式，主要由弹性体、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。

应变片式压力传感器测量原理：当压力传感器弹性体在外力的作用下产生形变，附着于弹性体上的电阻应变片随即弯曲，电阻应变片阻值发生变化，再经测量电路将阻值变化转换为电信号（一般为毫伏信号）。

弹性体：弹性体即压力传感器外壳，主要材质有铝合金、合金钢、不锈钢。

电阻应变片：电阻应变片压力是传感器最重要的组成部分，常用的应变片基材采用高分子薄膜材料，应变材质通常为高纯度康铜。电阻应变片通过脱水粘贴在弹性体上，弹性体受力形变，应变片随即跟着形变，从而改变电阻值。

测量电路：通过惠斯登电桥把电阻应变片的电阻变化转变为毫伏信号输出。

传输电缆：4芯屏蔽电缆，压力传感器为红黑绿白四线，红：电源+，黑：电源-；绿：信号+，白：信号-。

测力传感器 是力敏传感器的一种，在所有测力传感器中，应变式测力传感器应用最为广泛。它能应用于从极小到很大的动、静态力的测量，且测量精度高，其使用量约占测力传感器总量的90%左右。

应变式测力传感器是由弹性敏感元件和贴在其上的应变片组成。应变式测力传感器首先把被测力转变成弹性元件的应变，再利用电阻应变效应测出应变，从而间接地测出力的大小。常见的弹性元件结构形式有柱式、筒式、环形、梁式、轮辐式、s形等。

应变片的布置和接桥方式，对于提高力传感器的灵敏度和消除有害因素的影响有很大关系。根据电桥的加减特性和弹性元件的受力性质，在贴片位置许可的情况下，可贴4或8片应变片，其位置应是弹性元件应变最大的地方。

柱式弹性元件通常都做成圆柱形和方柱形，用于测量较大的力。最大量程可达10MN。在载荷较小时(1～100kN)，为便于粘贴应变片和减小由于载荷偏心或侧向分力引起的弯曲影响，同时为了提高灵敏度，多采用空心柱体。

在实际测量中，被测力不可能正好沿着柱体的轴线作用，而总是与轴线成一微小的角度或微小的偏心，这就使得弹性柱体除了受纵向力作用外，还受到横向力和弯矩的作用，从而影响测量精度。

简单的柱式、筒式、梁式等弹性元件是根据正应力与载荷成正比的关系来测量的，它们存在着一些不易克服的缺点。为了进一步提高测力传感器性能和测量精度，要求测力传感器有抗偏心、抗侧向力和抗过载能力。

轮辐式测力传感器由轮圈、轮轱、辐条和应变片组成。辐条成对且对称地连接轮圈和轮轱，当外力作用在轮轱上端面和轮轱下端面时，矩形辐条就产生平行四边形变形，形成与外力成正比的切应变。

测力传感器在工业设备上应用非常广泛，正确合理选用测力传感器既可以确保测量精度，又可以延长测力传感器的使用寿命。

一、根据实际压力选择合适的量程。如用气缸、液压缸、电动缸驱动，大致计算出驱动力的大小，以及可能产生的冲击力。在精度范围允许内，选大测力传感器量程，避免测力传感器过载损坏。

二、根据现场使用要求，选用最合理的安装方式。如需要配合工装使用，可以选用拉压型的测力传感器，方便安装工装，也方便工装置零。如需测拉力，也得选用拉压式的测力传感器。如只测压力而且无需加装工装或压头，用纯压式的测力传感器即可。

三、根据现场安装空间大小选用合理的传感器尺寸。如空间安装狭小，可选用小尺寸的测力传感器，如安装空间没有要求，可以选用尺寸较大的传感器，以确保精度和测力传感器的一致性。

四、根据测量误差要求选择合适的测力传感器，如对测量误差要求高，可选用精度高的传感器，如S型的传感器、轮辐式的传感器也可以是梁式的称重传感器，这三种传感器精度高，重复性好、一致性也高。

五、根据使用环境选用合适的传感器。如使用环境温度较高，就得选用高温型的测力传感器。