
力敏传感器的种类很多,有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等,有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。它主要用于两个方面:测力和称重。主要分为以下几种:
1、应变式传感器
2、电感式传感器
3、电容式传感器
4、压电式传感器
以下主要是介绍了电阻式变式传感器、固态压阻式传感器及压电传感器的工作原理。
一、电阻应变式传感器:
电阻应变式传感器是通过弹性敏感元件将外部的应力转换成应变ε,再根据电阻应变效应,由电阻应变片将应变转换成电阻值的微小变化,通过测量电桥转换成电压或电流的输出。
图 电阻应变式传感器的原理框图:
二、固态压阻式传感器:
固态压阻式传感器的工作主要基于压阻效应,而压阻效应是在半导体材料上施加作用力时,其电阻率将发生显着变化的现象。
三、 压电传感器:
1、压电效应:
当某些晶体或多晶体陶瓷在一定的方向上受到外力作用时,在某两个对应的晶面上,会产生符号相反的电荷。当外力消失时,电荷也消失;当外力改变方向时,两晶面上的电荷符号也随之改变。
压电传感器就是以压电效应为基础,将力学量转换为电量的器件。
典型的具有压电效应的物质有石英晶体、压电陶瓷和高分子压电材料等。
2、石英晶体的压电效应:
石英晶体的外形是规则的六角棱柱体,它有三个晶轴,如下图所示。
图 石英晶体的坐标轴和切片:
1).纵向压电效应:沿着X轴对晶片施加力时,在垂直于X轴的表面上产生电荷。如图1所示。产生的电荷与作用力的大小成正比,与晶片尺寸无关。
图1 晶片受力方向与电荷极性的关系: