力傳感器的工作原理與應(yīng)用

有許多物理定律是建立在力的概念上的，力作用于質(zhì)量為m的物體時，會改變物體的速度。有許多與力有關(guān)的概念，如推力、阻力和扭矩，當(dāng)應(yīng)用于一個物體時，推力會增加物體的速度，而阻力會降低速度，扭矩會引起物體轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)物體中的力平衡分布時，就看不到加速度。隨著技術(shù)的進步，人們引入了一種有助于監(jiān)測力的傳感器，即力傳感器。今天，讓我們來看看力傳感器的工作原理及其應(yīng)用。

富蘭克林爵士在20世紀70年代發(fā)現(xiàn)，一些材料在受到外力作用時，會改變其電阻值，這些材料被稱為力敏電阻器。這些材料被用來制造一個可以測量力的傳感器。力傳感器是一種有助于測量施加于物體的力的傳感器，通過觀察力敏電阻器電阻值的變化量，可以計算出施加的力。

力傳感器的一般工作原理是對所施加的力作出響應(yīng)，并將力值轉(zhuǎn)換成可測量的量。市場上有各種基于各種傳感元件的力傳感器，大多數(shù)力傳感器都是使用力敏電阻器設(shè)計的，這些傳感器由傳感膜和電極組成。

力敏電阻器的工作原理是基于接觸電阻的特性。力敏電阻器包含一個導(dǎo)電聚合物膜，當(dāng)力作用于其表面時，該膜以可預(yù)測的方式改變其電阻，這種薄膜由排列在基質(zhì)中的導(dǎo)電和非導(dǎo)電微粒組成，尺寸為亞微米。當(dāng)力作用于薄膜表面時，微粒接觸到傳感器電極，改變了薄膜的電阻，電阻值的變化量給出了所施加力的測量值。

為了提高力敏電阻器的性能，人們正在通過多種不同的方法進行各種努力，例如，為了盡量減小聚合物的漂移，正在測試各種電極結(jié)構(gòu)，通過用碳納米管等新材料代替聚合物，用傳感器進行測試等。

力傳感器的主要用途是測量施加的力。有各種類型和尺寸的力傳感器可用于不同類型的應(yīng)用。使用力感電阻器的力傳感器的一些應(yīng)用包括壓力感測按鈕、樂器、汽車占用感測器、假肢、腳內(nèi)旋系統(tǒng)、增強現(xiàn)實等等。

有許多類型的力傳感器可用于不同類型的應(yīng)用。力傳感器的一些例子是稱重傳感器、氣動稱重傳感器、電容式稱重傳感器、應(yīng)變計稱重傳感器、液壓稱重傳感器等。

應(yīng)變式稱重傳感器是一種力傳感器，與其他力傳感器相比，具有力敏電阻的力傳感器具有體積小、成本低、抗沖擊性好等優(yōu)點。由于體積小，它們被用于便攜式電子設(shè)備和增強的移動交互。這些傳感器的主要缺點是精度低，因為它們的測量值相差10%。

基于力傳感電阻的力傳感器也稱為FSR。在運輸系統(tǒng)中，F(xiàn)SR傳感器用于測量貨物在一個地方運輸?shù)搅硪粋€地方時施加在貨物上的應(yīng)力的大小，F(xiàn)SR的功能可以通過改變力傳感電阻器的特性來改變。

力敏電阻需要一個小的接口，可以在中等惡劣的環(huán)境下工作。在這里，小的導(dǎo)電和非導(dǎo)電顆粒的配方，以減少傳感器的溫度依賴性，提高傳感器表面的耐久性和改善其機械性能。

審核編輯 黃宇