什么是力敏傳感器？
力敏傳感器是使用很廣泛的一種傳感器。它是生產(chǎn)過程中自動(dòng)化檢測的重要部件。它的種類很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式等，有經(jīng)彈性敏感元件轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。它主要用于兩個(gè)方面：測力和稱重。本章介紹電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式和壓電式傳感器。
力敏傳感器的工作原理
電阻應(yīng)變式傳感器是通過彈性敏感元件將外部的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變?chǔ)牛俑鶕?jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)，由電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的微小變化，通過測量電橋轉(zhuǎn)換成電壓或電流的輸出。
力敏傳感器的單筆電橋和雙臂電橋以及差動(dòng)電橋：
1、單臂電橋：
圖中的電阻R1為電阻應(yīng)變片。起始時(shí)，應(yīng)變片未承受應(yīng)變，電橋平衡：R1 R3= R2 R4 ，此時(shí) UO=0。
當(dāng)應(yīng)變片承受應(yīng)變時(shí)，則R1增大為R1+ΔR，
對于等臂電橋和輸出對稱電橋，此時(shí)的輸出電壓為：
2、雙臂電橋：
電阻R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻。當(dāng)應(yīng)變片承受應(yīng)變時(shí)，R1增大為R1+ΔR，同時(shí)R2減小為R2－ΔR，此時(shí)的輸出電壓為單臂工作時(shí)的兩倍。
3、差動(dòng)電橋：
電阻R1、R2 、R3、R4均為應(yīng)變片。當(dāng)應(yīng)變片承受應(yīng)變時(shí)，則R1和R3增大ΔR，R2和R4減小ΔR，此時(shí)的輸出電壓為單臂工作時(shí)的四倍。
結(jié)論：上述三種工作方式中，差動(dòng)全橋工作方式的靈敏度最高，差動(dòng)半橋次之，單臂電橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度變化的自動(dòng)補(bǔ)償：
力敏傳感器有哪幾種？
1、壓阻式傳感器
壓阻式傳感器是通過擴(kuò)散工藝將四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻制作在同一硅片上，利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。它由于工藝一致性好，靈敏度相等，因此漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測量精度高、穩(wěn)定性好、溫度范圍寬、易小型化、能批量生產(chǎn)和使用方便。
工作原理：壓阻式傳感器的工作主要基于壓阻效應(yīng)，而壓阻效應(yīng)是在半導(dǎo)體材料上施加作用力時(shí)，其電阻率將發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。
2、壓阻式壓力傳感器
固態(tài)壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-12所示，傳感器硅膜片兩邊有兩個(gè)壓力腔。一個(gè)是和被測壓力相連接的高壓腔，另一個(gè)是低壓腔，和大氣相通。
3、壓電式傳感器
壓電式傳感器是基于某些材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。它是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。它具有體積小，重量輕，頻率寬，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點(diǎn)。
工作原理：當(dāng)某些晶體或多晶體陶瓷在一定的方向上受到外力作用時(shí)，在某兩個(gè)對應(yīng)的晶面上，會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。當(dāng)外力消失時(shí)，電荷也消失；當(dāng)外力改變方向時(shí)，兩晶面上的電荷符號(hào)也隨之改變。
壓電傳感器就是以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的器件。
典型的具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)有石英晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料等。
4、壓電式加速度傳感器
當(dāng)傳感器感受振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊感受與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣，質(zhì)量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片壓電效應(yīng)，兩個(gè)表面上就產(chǎn)生交變電荷，當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的輸出電荷（電壓）與作用力成正比，亦即與試件的加速度成正比。
