力传感器的基本原理

力传感器在我们的工业区的当中使用非常的广泛，目前有很多企业都比较重视力传感器的安装以及使用，我们在使用力传感器

的时候，首先要对力传感器的功能以及原理有一定的了解，在工作当中我们才能测量高精准度，力传感器的优点：它具有精度

高，测量范围宽，寿命长，结构简单，良好的频率响应的优势。

力传感器是一种将力信号转变为电信号输出的电子元件，产品具有性能稳定、使用灵活、可靠性高等优点。力传感器的产品种

类众多，今天我们就来介绍一下力传感器的常用产品类型，希望可以帮助用户更好的应用产品。

应变管式

　　在筒壁上贴有2片或4片应变片，其中一半贴在实心部分作为温度补偿片,另一半作为测量应变片。当没有压力时 4片应变片

组成平衡的全桥式电路;当压力作用于内腔时,圆筒变形成“腰鼓形”,使电桥失去平衡,输出与压力成一定关系的电压。这种传感器

还可以利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简单、

制造方便、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力测量方面有广泛应用。

膜片式

　　它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值，而边

缘处径向应变达到负的最大值，切向应变为零。因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以

获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计(见电阻应变计)则能最大限度地利用膜片的应变效果。这种传感器的非

线性较显著。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身，即采用集成电路工艺在单

晶硅膜片上扩散制作电阻条，并采用周边固定结构制成的固态压力传感器(见压阻式传感器)。

应变梁式

　　测量较小压力时，可采用固定梁或等强度梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换为力再通过传力杆传递给应变梁。两端

固定梁的最大应变处在梁的两端和中点，应变片就贴在这些地方。这种结构还有其他形式，例如可采用悬梁与膜片或波纹管构

成。

组合式

　　在组合式应变压力传感器中，弹性敏感元件可分为感受元件和弹性应变元件。感受元件把压力转换为力传递到弹性应变元

件应变最敏感的部位，而应变片则贴在弹性应变元件的最大应变处。实际上较复杂的应变管式和应变梁式都属于这种型式。感

受元件有膜片、膜盒、波纹管、波登管等，弹性应变元件有悬臂梁、固定梁、Π形梁、 环形梁、薄壁筒等。它们之间可根据不

同需要组合成多种型式。 应变式压力传感器主要用来测量流动介质动态或静态压力，例如动力管道设备的进出口气体或液体的

压力、内燃机管道压力等等。

力传感器热点:

省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）、河北省电磁场与电器可靠性重点实验室的研究人员李云

开、王博文、张冰，在2019年第17期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“铁镓合金的压磁效应与力传感器的研究”），基于

非线性压磁方程，通过COMSOL有限元仿真平台，分析了片状铁镓合金的压磁效应。仿真研究了不同偏置磁场和不同应力下铁

镓合金动态压磁系数的变化。


参考悬臂梁特性，利用铁镓合金设计并制作了一种新型的磁致伸缩力传感器。根据电磁学理论和压磁效应，建立了力传感器的

测试模型。搭建磁致伸缩力传感器实验平台，通过实验研究了偏置磁场和力对输出特性的影响。

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