2013年应变式传感器分析

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内容提要：应变式传感器是一种用金属弹性体将力转换为电信号的功能元件，一般由电阻应变计、弹性体、传输电路三部分组成。

（1）应变式传感器在传感器行业中所处的地位

根据国家标准GB/T7665-2005，传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。根据输入物理量的不同，传感器可以分为力敏、光敏、电压敏、热敏、气敏、磁敏和湿敏7 大类传感器。力敏传感器是对众多基于测力需求的多种原理传感器的总称，测力原理有很多，比如电阻应变式、电容式、硅压阻式等。其中应用最广泛、技术最成熟是应变式传感器。下图列示了应变式传感器在整个传感器行业中所处的地位。

（2）应变式传感器的原理

应变式传感器是一种用金属弹性体将力转换为电信号的功能元件，一般由电阻应变计、弹性体、传输电路三部分组成。它是通过安装在弹性体敏感表面的电阻应变计组成的惠斯通电桥电路，在外加电源的激励下，实现“力—应变—电阻—电信号变化”四个转换环节转化的一种力敏传感器。电阻应变式传感器基本工作原理是弹性体的弹性虎克定律、电阻应变计的应变－电阻效应和惠斯通电桥原理。传感器主要的性能指标如下表列示：

（3）应变式传感器的分类

应变式传感器的检测对象——力，不仅包括垂直方向的拉力或压力，还可以是力空间六分量中任何一个单独的分量（力或力矩）。只要对弹性体进行专门设计，它就可对作用于一个弹性体的六分量进行互不干扰的检测，同时输出六个与被测量有线性关系的电信号。适当改变弹性体的承载结构，电阻应变式传感器同样可检测压强。电阻应变式传感器还可应用于位移检测、应变检测、形位检测、密度检测及液位检测等多种检测环境。根据应变式传感器的使用特性，可以将其分为以下几类：

应变式传感器根据弹性体材料的不同，可以将其分为以下几类：