于慶龍（佳木斯市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心，黑龍江　佳木斯　154004）

測(cè)力傳感器的使用原理及發(fā)展

于慶龍
（佳木斯市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心，黑龍江佳木斯154004）

傳感器作為人機(jī)交流的主要工具之一，它能在不停止機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的前提下及時(shí)的提取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)相關(guān)信息做出處理，為人們進(jìn)行下一步控制決策提供依據(jù)。本文簡(jiǎn)單介紹了測(cè)力傳感器的組成以及工作原理，并提出了使用中需要注意的各種事項(xiàng)，以供同行工作參考。

測(cè)力傳感器；使用原理；靈敏度

傳感器在目前工業(yè)生產(chǎn)中采用較多，它是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息顯示基礎(chǔ)，讓管理人員及時(shí)的了解到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為工作人員設(shè)備控制決策提供指導(dǎo)依據(jù)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳感器在產(chǎn)品和參數(shù)設(shè)計(jì)上也發(fā)生了重大變化。自從20世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)無(wú)樣機(jī)生產(chǎn)模式，這也是傳感器技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的開(kāi)始，目前這一技術(shù)早已滲透到社會(huì)各個(gè)行業(yè)。

1　測(cè)力傳感器概述

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳感器早已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中，成為生產(chǎn)領(lǐng)域設(shè)備控制的技術(shù)基礎(chǔ)。傳感器的工作原理在于將專用的測(cè)力芯片安裝在應(yīng)變粘貼上，并將這些設(shè)備置放在需要測(cè)量的彈性軸上，由此組成系統(tǒng)的應(yīng)變橋，如果應(yīng)變橋提供的電源是可測(cè)試彈性軸受到損傷的信號(hào)，利用扭矩傳感器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候是一個(gè)比較成熟的檢測(cè)手段，并將此作為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)的依據(jù)。在工作中測(cè)力傳感器的應(yīng)用是一個(gè)精度高、頻率快、可靠性好且壽命長(zhǎng)的工作有點(diǎn)。

2　測(cè)力傳感器的組成

傳感器在目前生產(chǎn)工作中的主要作用在于將非電量利用一些特殊的設(shè)備轉(zhuǎn)換成為電能輸送給目標(biāo)機(jī)械，這種系統(tǒng)在當(dāng)前應(yīng)用各種包含了電源、轉(zhuǎn)換原件、敏感原件等四個(gè)不同的方面構(gòu)成的。

2.1 敏感元件。敏感原件是測(cè)力傳感器構(gòu)成中的關(guān)鍵內(nèi)容，它是在感受到被測(cè)量目標(biāo)發(fā)生變化之后而產(chǎn)生特殊變量，并利用相應(yīng)原理將測(cè)量變換成為容易傳輸?shù)碾娔艿哪骋蛔兞?。比如在膜片式壓力傳感器中，敏感原件通常都是直接放置在彈性膜片上面的，它的工作原理是利用膜片受到壓力信?hào)所發(fā)生的變形而傳遞敏感信號(hào)，進(jìn)而為下一步工作的更好開(kāi)展做好準(zhǔn)備工作。

2.2 轉(zhuǎn)換元件。轉(zhuǎn)換原件顧名思義就是將敏感原件發(fā)出的敏感信號(hào)通過(guò)這一裝置轉(zhuǎn)換成為可供傳輸?shù)碾娔苄盘?hào)等，它的應(yīng)用是將電能和非電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一個(gè)裝置。目前的測(cè)力傳感器應(yīng)用中轉(zhuǎn)換原件是按照化學(xué)、物理以及生物效能來(lái)工作的，從而達(dá)到科學(xué)轉(zhuǎn)換電能與非電能關(guān)系的一種方式。

2.3 測(cè)量電路。在具體的傳感器應(yīng)用中，電路轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸出難度極大，且控制困難，究其原因是因?yàn)殡娔艿拇笮≡谶@一個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)法直接的利用有關(guān)測(cè)量?jī)x器顯示出來(lái)，不能直接被工作人員記錄，因此在工作中需要進(jìn)一步的對(duì)電量形式的輸出量進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將這種電量輸出轉(zhuǎn)變成為點(diǎn)亮新號(hào)，從而完成測(cè)量工作的開(kāi)展。在變壓式傳感器測(cè)量工作中，電路測(cè)量是采用橋式電路為主的，這種電量測(cè)量模式將電量轉(zhuǎn)變成為電阻值，從而形成一個(gè)新的電壓信號(hào)，這種信號(hào)在放大處理之后直接會(huì)顯示在就裝置中，從而達(dá)到記錄電流的目的。

2.4 輔助電源。有一些傳感器在應(yīng)用中除了具備上述幾種元件之外，還需要準(zhǔn)備一些輔助性的電源，以保證傳感器工作的正常開(kāi)展。

3　對(duì)測(cè)力傳感器的工作原理

測(cè)力傳感器本身是一個(gè)由多種子系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)容，它在應(yīng)用之中利用一個(gè)或者多個(gè)受到壓力變形之后的彈性體及變形量電阻片構(gòu)成測(cè)量基礎(chǔ)，然后利用電橋電路及轉(zhuǎn)換原件來(lái)輸送測(cè)量到的電能及非電能，并利用粘貼在彈性體上的傳到裝置進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)力傳感器的正常科學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)。在測(cè)力傳感器中，在敏感原件受到外力作用之后，敏感元以及彈性片必然隨之發(fā)生變形且引發(fā)電阻變化，這個(gè)時(shí)候電阻在變動(dòng)中引發(fā)電橋平衡變動(dòng)，從而讓轉(zhuǎn)換元及時(shí)的將各種電能與非電能進(jìn)行轉(zhuǎn)變，形成多種可以讓人識(shí)別的電能信號(hào)。

3.1 基本要求。彈性體在應(yīng)用中它隸屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)體系，但是因?yàn)樗旧砉δ艿奶厥庑砸?，這一結(jié)構(gòu)與普通的機(jī)械零件還存在顯著的差異。目前，測(cè)力原件中的普通機(jī)械零件和構(gòu)件都需要滿足足夠大的安全系數(shù)，且在相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度下達(dá)到有效利用，同時(shí)在外力條件下我們要充分重視應(yīng)力的具體分布情況，對(duì)不按照要求進(jìn)行的應(yīng)力要嚴(yán)格按照彈性內(nèi)容進(jìn)行。但是在具體的彈性片工作中，由于它本身同粘性電阻相連接，因此在滿足機(jī)械強(qiáng)度要求的同時(shí)還要達(dá)到粘性電阻的敏感變動(dòng)要求。

3.2 改善應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的“應(yīng)力集中”原則。在機(jī)械零件或構(gòu)件的測(cè)試過(guò)程中，通常認(rèn)為應(yīng)力（應(yīng)變）在零件或構(gòu)件上是規(guī)則分布的，如果零件或構(gòu)件的截面形狀不發(fā)生變化，不必考慮應(yīng)力（應(yīng)變）分布不規(guī)則的問(wèn)題。其實(shí)，在機(jī)械零件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，對(duì)于應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的問(wèn)題并非不予考慮，而是通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)將其包容在內(nèi)了。

4　新技術(shù)在傳感器方面的應(yīng)用

4.1 新材料、新工藝和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在各種新材料、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的關(guān)鍵時(shí)期，半導(dǎo)體技術(shù)在敏感技術(shù)中占有突出的優(yōu)越性，半導(dǎo)體不僅有著傳感靈敏度高、響應(yīng)速度快且體積小的優(yōu)勢(shì)，而且它在整個(gè)測(cè)力傳感器研究中占有主導(dǎo)地位。在半導(dǎo)體傳感技術(shù)的應(yīng)用中，其中很大程度上能實(shí)現(xiàn)精密細(xì)微加工技術(shù)，且能夠按照加工原件開(kāi)展工作，也可以提高傳感器的工作應(yīng)用性能。

4.2 測(cè)力傳感器的多元化發(fā)展。目前，我國(guó)測(cè)力傳感器發(fā)展的多元化、綜合化、信息化和數(shù)字化趨勢(shì)越來(lái)越突出，在工作中采用集成加工技術(shù)進(jìn)行制造勢(shì)在必行，它是減少測(cè)力傳感器體積、減輕其重量和提高自動(dòng)化程度的關(guān)鍵，同時(shí)這一技術(shù)的利用還讓測(cè)力傳感器內(nèi)部穩(wěn)定性、測(cè)量可靠性、生產(chǎn)成本等環(huán)節(jié)得到了保障。

結(jié)語(yǔ)

總之，我們可以預(yù)計(jì)在未來(lái)科技發(fā)展中，傳感器技術(shù)的發(fā)展必然突飛猛進(jìn)，其必然隨著各種學(xué)科的交融與滲透相互促進(jìn)和優(yōu)化。但是由于測(cè)力傳感器本身存在原理復(fù)雜性、功能多樣性及工作目標(biāo)多元化要求，在測(cè)力傳感器選擇上我們也無(wú)法自覺(jué)按照上述工作原則開(kāi)展，因此在設(shè)計(jì)中還需要重視測(cè)力傳感器的測(cè)力精度和測(cè)力靈敏度要求。

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