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力傳感器原理及應(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(shí),會(huì)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(gè)物體時(shí),推力會(huì)增加物體的速度,而阻力會(huì)降低速度,扭矩會(huì)引起物體轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)物體中的力平衡分布時(shí),就看不到加速度。隨著技術(shù)的進(jìn)步,人們引入了一種有助于監(jiān)測(cè)力的傳感器,即力傳感器。今天,讓我們來(lái)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(jì)70年代發(fā)現(xiàn),一些材料在受到外力作用時(shí),會(huì)改變其電阻值,這些材料被稱為力敏元件。這些材料被用來(lái)制造一個(gè)可以測(cè)量力的傳感器。力傳感器是一種有助于測(cè)量施加于物體的力的傳感器,通過(guò)觀察力敏電阻器電阻值的變化量,可以計(jì)算出施加的力。
力傳感器的一般工作原理是對(duì)所施加的力作出響應(yīng),并將力值轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的量。市場(chǎng)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(jì)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(gè)導(dǎo)電聚合物膜,當(dāng)力作用于其表面時(shí),該膜以可預(yù)測(cè)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(shí),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(cè)量值。
為了提高力敏電阻器的性能,人們正在通過(guò)多種不同的方法進(jìn)行各種努力,例如,為了盡量減小聚合物的漂移,正在測(cè)試各種電極結(jié)構(gòu),通過(guò)用碳納米管等新材料代替聚合物,用傳感器進(jìn)行測(cè)試等。
力傳感器的主要用途是測(cè)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。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、三維力傳感器、六維力傳感器、應(yīng)變計(jì)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(diǎn)。由于體積小,它們被用于便攜式電子設(shè)備和增強(qiáng)的移動(dòng)交互。