【導讀】力學傳感器是將各種力學量轉(zhuǎn)換為電信號的器件，力學量可分為幾何學量、運動學量及力學量三部分，其中幾何學量指的是位移、形變、尺寸等，運動學量是指幾何學量的時間函數(shù)，如速度、加速度等。力學量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應(yīng)力等。根據(jù)被測力學的不同，這里我們首先要介紹的是應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變式壓力傳感器。
力學傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力、傳感器，它具有極低價格和較高的精度以及較好的線性特性。
在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導體應(yīng)變片兩種。
金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應(yīng)變基體上，當基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。
這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一股這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。
根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過髙，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。
—般均為幾十歐至幾十千歐左右。電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導體的電阻值R可用下式表示：
式中：p——金屬導體的電阻率（Ocm2/m）A——導體的截面積（cm2）L——導體的長度（m）我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。
當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。壓電式力傳感器是利用石英晶體的縱向壓電效應(yīng)，將力轉(zhuǎn)換成電荷的變換裝置。傳感器產(chǎn)生的電荷正比于被測外力，通過電荷放大器將電荷按比例轉(zhuǎn)換成電壓，用電壓表或其他顯示器讀出其大小及變化。
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