力值传感器的测量

通过测力值传感器、放大器和数据处理系统来实现测量，最常用的测力传感器是应变片式传感器。

所谓应变片式传感器，就是由应变片、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、接线插座、加载件组成)，能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感器国内外种类繁多，主要有筒状力传感器、轮辐式力传感器、S双连孔型传感器、十字梁式传感器等类型。 从材料力学上得知，在小变形条件下，一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比，也与弹性的变形成正比。以S型传感器为例，当传感器受到拉力P的作用时，由于弹性元件表面粘贴有应变片，因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例，故此将应变片接入测量电路中，即可通过测出其输出电压，从而测出力的大小。

对于力值传感器，一般采用差动全桥测量，即将所粘贴的应变片组成桥路， R1、R2、R3、R4，实际为阻值相等的4片(或8片)应变片，即R1=R2=R3=R4，当传感器受到外力(拉力或压力)作用时，传感器弹性元件产生应变而使各电阻值发生变化，其变化值分别为△R1△、R2、△R3、△R4，结果原来平衡的电桥，现在不平衡了，桥路就有电压输出，设△E 则△E=[R1R2/(R1+R2)2]△R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4)U 式中U为外电源供给桥路的电压 进一步简化有 △E=[R2/4R2](△R1/R-△R2/R+△R3/R-△R4/R)U 将△Ri/Ri=Kεi代上上式 则有 △E=[UK/4](ε1-ε2+ε3-ε4) 简单来说，外力P引起传感器内应变片的变形，导致电桥的不平衡，从而引起力值传感器输出电压的变化，我们通过测量输出电压的变化就可以知道力的大小了。 一般来说，传感器的输出信号都是非常微弱的，通常只有几个mV，如果我们直接对此信号进行测量，是非常困难的，并且不能满足高精度测量要求。因此必须通过放大器将此微弱信号放大，放大后的信号电压可达10V，此时的信号为模拟信号，这个模拟信号经过多路开关和A/D转换芯片转变为数字信号，然后进行数据处理，至此，力值传感器的测量告一段落。