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　　測力傳感器通常將力轉換為正比于作用力大小的電信號，使用十分方便，因而在工程領域及其他各種場合應用最為廣泛。測力傳感器種類繁多，依據不同的物理效應和檢測原理可分為電阻應變式、壓磁式、壓電式、振弦式力傳感器等。

　　1．應變式力傳感器

　　在所有力傳感器中，應變式力傳感器應用最為廣泛。它能應用于從極小到很大的動、靜態力的測量，且測量精度高，其使用量約占力傳感器總量的90％左右。

　　應變式力傳感器的工作原理與應變式壓力傳感器基本相同，它也是由彈性敏感元件和貼在其上的應變片組成。應變式力傳感器首先把被測力轉變成彈性元件的應變，再利用電阻應變效應測出應變，從而間接地測出力的大小。彈性元件的結構形式有柱形、筒形、環形、梁形、輪輻形、s形等。

　　應變片的布置和接橋方式，對于提高傳感器的靈敏度和消除有害因素的影響有很大關系。根據電橋的加減特性和彈性元件的受力性質，在貼片位置許可的情況下，可貼4或8片應變片，其位置應是彈性元件應變最大的地方。

　　圖1給出了常見的柱形、筒形、梁形彈性元件及應變片的貼片方式。圖1（a）為柱形彈性元件；圖1（b）為筒形彈性元件；圖1（c）為梁形彈性元件。

　?。?）柱形應變式力傳感器

　　柱形彈性元件通常都做成圓柱形和方柱形，用于測量較大的力。最大量程可達10MN。在載荷較小時（1～100kN），為便于粘貼應變片和減小由于載荷偏心或側向分力引起的彎曲影響，同時為了提高靈敏度，多采用空心柱體。四個應變片粘貼的位置和方向應保證其中兩片感受縱向應變，另外兩片感受橫向應變（因為縱向應變與橫向應變是互為反向變化的），如圖1（a）所示。

　　當被測力F沿柱體軸向作用在彈性體上時，其縱向應變和橫向應變分別為

　　（1）

　　式中，E為材料的彈性模量；S為柱體的截面積；μ為材料的泊松比。

　　在實際測量中，被測力不可能正好沿著柱體的軸線作用，而總是與軸線成一微小的角度或微小的偏心，這就使得彈性柱體除了受縱向力作用外，還受到橫向力和彎矩的作用，從而影響測量精度。

　?。?）輪輻式力傳感器

　　簡單的柱式、筒式、梁式等彈性元件是根據正應力與載荷成正比的關系來測量的，它們存在著一些不易克服的缺點。為了進一步提高力傳感器性能和測量精度，要求力傳感器有抗偏心、抗側向力和抗過載能力。20世紀70年代開始已成功地研制出切應力傳感器。圖2是較常用的輪輻式切應力傳感器的結構簡圖。

　　輪輻式力傳感器由輪圈、輪轱、輻條和應變片組成。輻條成對且對稱地連接輪圈和輪轱，當外力作用在輪轱上端面和輪轱下端面時，矩形輻條就產生平行四邊形變形，如圖2（b）所示，形成與外力成正比的切應變。此切應變能引起與中性軸成450方向的相互垂直的兩個正負正應力，即由切應力引起的拉應力和壓應力，通過測量拉應力或壓應力值就可知切應力值的大小。因此，在輪輻式傳感器中，把應變片貼到與切應力成450的位置上，使它感受的仍是拉伸和壓縮應變，但該應變不是由彎距產生的，而主要是由剪切力產生的，此即這類傳感器的基本工作原理。這類傳感器最突出的優點是抗過載能力強，能承受幾倍于額定量程的過載。此外，其抗偏心、抗側向力的能力也較強，精度在0.1％之內。

（a）輪輻式結構　　　　　　　（b）輻條變形情況

圖2　輪輻式力傳感器

　　2．壓磁式力傳感器

　　當鐵磁材料在受到外力的拉、壓作用而在內部產生應力時，其導磁率會隨應力的大小和方向而變化：受拉力時，沿力作用方向的導磁率增大，而在垂直于作用力的方向上導磁率略有減小；受壓力作用時則導磁率的變化正好相反。這種物理現象就是鐵磁材料的壓磁效應。這種效應可用于力的測量。

　　壓磁式力傳感器一般由壓磁元件、傳力機構組成，如圖3（a）所示。其中主要部分是壓磁元件，它由其上開孔的鐵磁材料薄片疊成。壓磁元件上沖有四個對稱分布的孔，孔1和2之間繞有激磁繞組W12 （初級繞組），孔3和4間繞有測量繞組W34。（次級繞組），如圖3（b）所示。當激磁繞組W12通有交變電流時，鐵磁體中就產生一定大小的磁場。若無外力作用，則磁感應線相對于測量繞組平面對稱分布，合成磁場強度日平行于測量繞組W34的平面，磁感應線不與測量繞組W34交連，故繞組W34不產生感應電勢，如圖3（C）所示。當有壓縮力F作用于壓磁元件上時，磁感應線的分布圖發生變形，不再對稱于測量繞組W34的平面（如圖3（d）所示），合成磁場強度H不再與測量繞組平面平行，因而就有部分磁感應線與測量繞組W34相交鏈，而在其上感應出電勢。作用力愈大，交鏈的磁通愈多，感應電勢愈大。

　　壓磁式力傳感器的輸出電勢比較大，通常不必再放大，只要經過濾波整流后就可直接輸出，但要求有一個穩定的激磁電源。壓磁式力傳感器可測量很大的力，抗過載能力強，能在惡劣條件下工作。但頻率響應不高（1～10 kHz），測量精度一般在1％左右，也有精度更高的新型結構的壓磁式力傳感器。常用于冶金、礦山等重工業部門作為測力或稱重傳感器，例如在軋鋼機上用來測量大的力以及用在吊車秤中。

圖3　壓磁式傳感器