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第四章力敏传感器教学目标：1．了解弹性敏感元件的特性和要求。
2．了解几种常用测力称重传感器的特点、3．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应4．了解电桥电路的作用。
5．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。
6．理解压电式传感器的工作原理。
了解它的特点。
7．了解它们的应用。
力敏传感器是使用很广泛的一种传感器。
它是生产过程中自动化检测的重要部件。
它的种类很多，有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等，有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。
它主要用于两个方面：测力和称重。
本章介绍电阻应变式传感器、压阻式和压电式传感器。
§4-1（传感器中的）弹性敏感元件一、弹簧管压力表的组成：（如图4-1）图4-1弹簧管压力表的组成框图弹簧管——弹性敏感元件：将输入压力转换成自身的变形量（应变、位移或转角）。
二、弹性元件的基本特性：1．变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。
2．弹性：物体因受外力作用而产生变形，外力去掉后又恢复原状的特性。
3．弹性元件：具有弹性变形特性的物体。
4．弹性变形：弹性元件受外力作用而产生的变形。
5．弹性特性：作用在元件上的外力与相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。
（1）刚度：弹性元件产生单位变形所需的力。
（2）灵敏度：在单位力作用下弹性元件产生的变形。
刚度和灵敏度表示了弹性元件的软硬程度。
元件越硬，刚度越大，单位力作用下变形越小，灵敏度越小。
6．线性弹性元件：刚度和灵敏度为常数，作用力F与变形X成线性关系。
三、弹性敏感元件的基本要求及类型：弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。
它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。
基本要求：（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。
（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。
（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。
传感器的原理与分类传感器是一种能够将外部物理量或化学量转化为电信号输出的装置。
它广泛用于各个领域，如工业控制、医疗仪器、环境监测等。
本文将介绍传感器的原理与分类。
一、传感器的原理传感器的工作原理通常基于以下几种方法：1. 电阻变化原理：这种原理是利用物质的电阻与所测量的物理量之间的关系来实现测量。
例如，热敏电阻用于测量温度，压力敏感电阻用于测量压力。
2. 压电效应原理：压电传感器应用压电效应，当施加压力或振动时，某些晶体或陶瓷材料会产生电荷。
这种效应用于加速度计和声波传感器等。
3. 光电效应原理：通过测量光电效应来实现测量，如光电二极管、光敏电阻和光电二极管等。
光电传感器广泛用于光电编码器、光照度传感器等应用中。
4. 磁电效应原理：一些材料具有磁性，当施加外部磁场时会产生电压。
这种效应被应用于磁电传感器，例如磁力计和磁感应传感器。
二、传感器的分类根据测量的物理量类型和工作原理，传感器可以分为多种类型：1. 温度传感器：用于测量物体的温度变化，例如热敏电阻、热电偶和红外线传感器等。
2. 湿度传感器：用于测量空气中的湿度水分含量，例如湿度电容传感器和湿度电阻传感器。
3. 压力传感器：用于测量气体或液体的压力，常见的有压阻传感器、压电传感器和电容式传感器等。
4. 加速度传感器：用于测量物体的加速度和振动，例如MEMS加速度计和压电加速度计等。
5. 光传感器：用于测量光的强度、光照度或颜色等，常见的有光敏二极管、光电二极管和光电二极管等。
6. 气体传感器：用于检测空气中的气体浓度，例如气敏电阻传感器和气体电化学传感器等。
7. 生物传感器：用于检测生物体内的生理指标，例如心率传感器、血压传感器和葡萄糖传感器等。
8. 磁传感器：用于检测磁场的强度和方向，常见的有霍尔传感器、磁阻传感器和磁感应传感器等。
9. 接触式传感器：与被感测对象直接接触，例如压力传感器和力传感器等。
10. 非接触式传感器：无需与被感测对象直接接触，例如红外线传感器和超声波传感器等。
传感器工作原理传感器是一种能够感知和测量物理量，并将其转化为可供人们理解和利用的电信号或其他形式的信号的设备。
传感器在各个领域中起着至关重要的作用，如工业生产、医疗设备、环境监测等。
本文将详细介绍传感器的工作原理及其分类。
一、传感器的工作原理传感器的工作原理基于物理效应，通过感知和测量物理量来实现。
常见的传感器工作原理包括：1. 电阻变化原理：利用物质电阻随温度、压力、湿度等物理量的变化而发生变化的特性。
例如，温度传感器利用电阻与温度之间的关系来测量温度。
2. 压电效应原理：利用压电材料在受力时产生电荷的效应。
例如，压力传感器利用压电材料的变形来测量压力。
3. 光电效应原理：利用光电材料在光照射下产生电荷的效应。
例如，光敏电阻利用光照强度的变化来测量光照强度。
4. 磁敏效应原理：利用磁敏材料在磁场作用下产生电荷的效应。
例如，磁感应传感器利用磁敏材料的磁阻变化来测量磁场强度。
5. 声波传播原理：利用声波在介质中传播的特性。
例如，声波传感器利用声波的传播时间来测量距离。
二、传感器的分类传感器按照测量的物理量、工作原理和应用领域可以进行分类。
以下是常见的传感器分类：1. 温度传感器：用于测量温度变化，常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、红外线传感器等。
2. 压力传感器：用于测量气体或液体的压力变化，常见的压力传感器有压电传感器、电容传感器、压力传感膜等。
3. 湿度传感器：用于测量空气中的湿度变化，常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。
4. 光照传感器：用于测量光照强度的变化，常见的光照传感器有光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。
5. 加速度传感器：用于测量物体的加速度变化，常见的加速度传感器有压电加速度传感器、电容加速度传感器等。
6. 磁场传感器：用于测量磁场强度的变化，常见的磁场传感器有霍尔传感器、磁敏电阻等。
7. 气体传感器：用于测量气体浓度的变化，常见的气体传感器有气体电化学传感器、气体红外传感器等。
力敏传感器测量原理力敏传感器是一种用于测量压力或拉力的设备，其测量原理基于压阻效应。
当外力施加在敏感器上时，敏感元件内部的电阻值会发生变化，这个电阻值的变化可用于计算所施加的压力或拉力的大小。
力敏传感器通常由一个压阻片、一个弹簧、一个机械底座、一个电缆和连接器组成。
压阻片是敏感元件，它是由一个薄层的导电材料制成的，如硅、钨、销锌铝等。
当施加压力或拉力时，压阻片内的导电材料会发生微小的变形，导致阻值发生变化。
弹簧将敏感元件和测试对象联系在一起，它可以根据所施加的压力或拉力的大小而发生压缩或拉伸。
机械底座负责支撑传感器和测试对象，同时保持传感器的稳定性。
电缆和连接器将传感器和信号采集设备连接在一起，将压阻片内的变化转化为电信号输出。
使用力敏传感器进行测量时，需要将传感器放置在所需要测量的物体上。
当外力作用于该物体时，弹簧将传感器压缩或拉伸，此时压阻片的电阻值发生变化，电信号随之发生变化。
这个变化的大小可以通过信号采集设备进行读取和分析，从而计算出外力的大小。
力敏传感器有许多应用领域，例如：在机械制造业中，它们被用于测量机械零件的弹性变形和应力；在医学领域中，它们被用于测量骨骼和肌肉组织的应力和压力；在汽车行业中，它们被用于测量刹车系统的压力和转向系统的力量；在建筑领域中，它们被用于测量桥梁和建筑物的载荷。
力敏传感器是一种精密的测量设备，可以准确地测量所施加的压力或拉力的大小，其测量原理基于压阻效应。
通过使用力敏传感器，我们可以更好地了解物体的应力或压力的性质，有助于提高生产效率和产品质量。
除了测量原理，力敏传感器还有许多其他的重要参数需要考虑。
其中最重要的是灵敏度和线性度。
灵敏度是指传感器输出的电信号与施加在传感器上的外力之间的关系。
换句话说，灵敏度越高，传感器输出的电信号就会更精确地反映所施加的外力的大小。
灵敏度可以通过外力与电信号之间的比值来计算。
一个100牛顿的力敏传感器，当施加10牛顿的力时，其输出电信号为1伏特，则其灵敏度为10伏特/牛顿。
力传感器原理及应用
力传感器是一种用于测量力的传感器，其原理是将力转换为电信号或数字信号，以便进行测量、控制和监测。
力传感器在许多领域都有广泛的应用，如工业自动化、机器人技术、医疗设备、交通运输等。
力传感器的原理是基于物理学原理，如弹性力学和电磁学等。
根据力的作用方式，力传感器可分为压阻式、压电式、电容式、光纤式等。
不同类型的力传感器具有不同的原理和特点，但它们的基本原理都是将力转换为可测量的信号。
力传感器的应用非常广泛，例如在工业自动化领域中，力传感器可用于机器人的抓取和放置控制，以实现精确的操作和定位。
在医疗设备领域中，力传感器可用于监测患者的血压、呼吸等生理参数，以便医生对患者的病情进行准确的诊断和治疗。
在交通运输领域中，力传感器可用于监测车辆的载重和刹车性能，以确保车辆的安全和稳定性。
总之，力传感器是一种非常重要的传感器类型，其原理和应用涉及到许多领域。
随着技术的不断发展，力传感器的性能和精度也不断提高，其应用范围也日益扩大。
未来，力传感器将会在更多领域得到应用和发展，为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。
力传感器原理
力传感器是一种用于测量物体所受外力大小的装置。
它基于压电效应的原理工作。
压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到外力作用时，产生电荷分离，从而产生电压的现象。
在力传感器中，压电传感器是常用的一种类型。
它由压电材料制成，该材料具有特殊的结构和性质，可使外加力对其产生变形，并且能够将该变形转化成电信号输出。
当外力作用在压电传感器上时，压电材料会发生形变，其晶格结构会发生微小的变化。
这种微小的形变可以通过适当的电路连接和导线设计转化为电信号。
这个过程是通过压电晶体内的电位调制实现的。
压电材料的特殊之处在于，当外力作用停止时，它们能够恢复到原来的形状和结构。
这使得力传感器具有高度的可靠性和稳定性。
实际应用中，力传感器通常被用于测量物体所受的压力、重量或力的大小。
它们广泛应用于各种领域，如工业生产、科学研究、医疗设备等。
通过准确测量力的大小，力传感器能够提供重要的数据支持，从而实现精确控制和监测。
四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 ?，通常为120 ?，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B为栅宽，L为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：R Ad d d（1）R A式中；R—材料电阻由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K (2)K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得RLK K R L (3) 由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。
1.3电阻应变式传感器的分类及特点测低压用的膜片式压力传感器常用的电阻应变式压力传感器包括测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器1.3.1膜片——应变筒式压力传感器的特点该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。
