力傳感器（force sensor） 將力的量值轉(zhuǎn)換為相關(guān)電信號(hào)的器件。力是引起物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的直接原因。力傳感器能檢測(cè)張力、拉力、壓力、重量、扭矩、內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變等力學(xué)量。具體的器件有金屬應(yīng)變片、壓力傳感器等，在動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、各類工作母機(jī)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，成為不可缺少的核心部件。

力傳感器模型：

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。力傳感器通常使用一種稱為應(yīng)變計(jì)的裝置來測(cè)量力的大小。應(yīng)變計(jì)是一種能夠測(cè)量物體應(yīng)變（即形變）的傳感器。當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，它會(huì)發(fā)生形變，應(yīng)變計(jì)會(huì)感知到這種形變并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。應(yīng)變計(jì)是由細(xì)長且具有彈性的金屬片或?qū)Ь€組成的。當(dāng)物體受到力作用時(shí)，應(yīng)變計(jì)的形狀會(huì)發(fā)生微小變化，從而導(dǎo)致金屬片或?qū)Ь€發(fā)生應(yīng)變。這些應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致金屬片或?qū)Ь€的電阻值發(fā)生變化。通過將應(yīng)變計(jì)與電橋電路相連，可以測(cè)量出電阻的變化。電橋電路是一種能夠測(cè)量電阻差異的電路。當(dāng)應(yīng)變計(jì)受到力作用時(shí)，電橋電路會(huì)檢測(cè)到電阻的變化，并產(chǎn)生一個(gè)與力大小成正比的電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)可以通過放大器進(jìn)行放大，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行數(shù)字化處理和分析。這樣，我們就可以準(zhǔn)確地測(cè)量到施加在力傳感器上的力的大小。 力傳感器主要由三個(gè)部分組成： 1:力敏元件（即彈性體，常見的材料有鋁合金，合金鋼和不銹鋼）。 2:轉(zhuǎn)換元件（最為常見的是電阻應(yīng)變片）。 3:電路部分(一般有漆包線，pcb板等）。 常用傳感器型號(hào)：

• ELAF 系列力傳感器通過高溫微熔玻璃將微機(jī)械加工壓阻式應(yīng)變片黏貼在高性能不銹鋼測(cè)力彎曲片上。 這一技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)力傳感器中使用的容易老化的有機(jī)環(huán)氧樹脂，從而具有極好的量程和零點(diǎn)穩(wěn)定性。由于需要在非常低的張力下工作，因此所用應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏度系數(shù)應(yīng)大于 100，循環(huán)壽命基本達(dá)到無限，具有較高分辨率和極高過載能力（無需停止），可提供 0.5 到 4.5 V 的放大比例輸出或 20 mV/V 的橋路輸出。ELAF 傳感器適合于測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用。從超緊湊 0.5” 直徑的 B0 和 T1 設(shè)計(jì)到大尺寸 1.25” 直徑的 B2 封裝，ELAF 擁有超常的靈活性和優(yōu)越的性能。

ELAF產(chǎn)品圖：

ELAF載裝單元：

ELAF連接方式：

• 小型輕量力傳感器XFC200R：不同于具有水平施力表面的傳感器，采用球形負(fù)載按鈕設(shè)計(jì)，使測(cè)量結(jié)果能夠更加精確。 該產(chǎn)品具有高剛度性能，適用于各種尺寸和測(cè)量范圍，支持動(dòng)態(tài)應(yīng)用中的測(cè)量。應(yīng)力消除彈簧增加了輸出電纜的強(qiáng)度。傳感元件采用經(jīng)過全溫補(bǔ)償并配備有高穩(wěn)定性的微機(jī)械加工硅應(yīng)變片組成的惠斯通電橋。

XFC200R產(chǎn)品圖：

XFC200R接線方式：

• FN3002系列：力稱重傳感器是一種能夠測(cè)量物體受到的力或重量的傳感器。它通常由一個(gè)彈性元件和一個(gè)敏感元件組成。當(dāng)物體施加在傳感器上時(shí)，彈性元件會(huì)發(fā)生形變，導(dǎo)致敏感元件的電阻、電容或電感發(fā)生變化。通過測(cè)量這種變化，傳感器可以將受到的力或重量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。力稱重傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)備、醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，用于測(cè)量物體的重量、壓力或拉力等參數(shù)。

產(chǎn)品圖：

力傳感器應(yīng)用的三大領(lǐng)域： 稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議，對(duì)于傳感器制造廠家來講，它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等。 譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡等；柱式稱重傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。 稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。如電子汽車衡、電子臺(tái)秤、電子叉車、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。 傳感器在我們智能化的生活中扮演著重要的角色，其中，力傳感器在力學(xué)中使用范圍極廣，常見應(yīng)用在航天航空，汽車測(cè)試，醫(yī)療器械，自動(dòng)化設(shè)備控制環(huán)境中，今天就來講講力傳感器應(yīng)用大三大領(lǐng)域。

1：醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域 應(yīng)用對(duì)象：康復(fù)機(jī)器人 應(yīng)用方式：檢測(cè)握手力，指尖捏合力，監(jiān)測(cè)病人的指尖捏合力，握手力康復(fù)情況。 應(yīng)用傳感器：普通力傳感器

2：踏板力測(cè)試系統(tǒng) 應(yīng)用對(duì)象：汽車 應(yīng)用方式：汽車踏板性能測(cè)試系統(tǒng)，是以測(cè)量臂空間解算為基礎(chǔ)的汽車踏板智能化測(cè)試設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各型車輛的離合、油門和制動(dòng)踏板進(jìn)行行程及踏板力的測(cè)試。該儀器采用進(jìn)口數(shù)采系統(tǒng)作為主控制核心， 選用進(jìn)口踏板力傳感器及轉(zhuǎn)角傳感器作為主要測(cè)試元件，通過CAN 總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，配置專業(yè)的操作軟件，能實(shí)時(shí)的在上位機(jī)上進(jìn)行顯示并保存。 應(yīng)用傳感器：踏板力傳感器

3：機(jī)器人抓取工件重量在線測(cè)量 應(yīng)用對(duì)象：機(jī)器人 應(yīng)用方式：機(jī)器人傳送工件時(shí)適用；可以檢測(cè)工件是否缺損，或者工件類型錯(cuò)誤，或者多重工件拾??；因?yàn)槭窃跈C(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中測(cè)量，因此不占用機(jī)器人循環(huán)時(shí)間；對(duì)于6軸傳感器，保證姿態(tài)不變化的情況下，任何方向上的檢測(cè)都是可行的；對(duì)于3軸傳感器，保證姿態(tài)不變化的情況下，保證Z軸向與重力方向一致時(shí)可行的。 

應(yīng)用傳感器：三維力/六維力傳感器

力傳感器通常由以下幾個(gè)模塊組成：彈性體，變形測(cè)量元件，信號(hào)處理電路，輸出接口，其分別的功能是。彈性體：彈性體是力傳感器的主要組成部分，它能夠感受到外部施加在傳感器上的力，并且產(chǎn)生相應(yīng)的變形。變形測(cè)量元件：變形測(cè)量元件通常是一種電阻、電容、電感或半導(dǎo)體等材料，它與彈性體相連，并能夠隨著彈性體的變形而發(fā)生電學(xué)或磁學(xué)性質(zhì)的變化。信號(hào)處理電路：信號(hào)處理電路用于將變形測(cè)量元件輸出的變化信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、線性化等處理，以便能夠得到精確的力測(cè)量結(jié)果。輸出接口：輸出接口負(fù)責(zé)將信號(hào)處理電路處理后的數(shù)據(jù)輸出給外部設(shè)備，常見的輸出接口有模擬電壓輸出、數(shù)字串口輸出、無線通信輸出等。根據(jù)不同的使用場景，選擇對(duì)應(yīng)功能的力傳感器，使得力傳感器在各個(gè)領(lǐng)域都能得到很好的使用。例如，在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中，力傳感器可以用于模擬物體的重量和阻力，使用戶能夠更加真實(shí)地感受到力的作用。這就需要將力傳感器與反饋系統(tǒng)相連，可以實(shí)現(xiàn)力的反饋。當(dāng)機(jī)械裝置受到過大的力時(shí)，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整力的大小，以保護(hù)設(shè)備。這就需要將力傳感器與控制系統(tǒng)相連，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)力的準(zhǔn)確控制。需要注意的是，在應(yīng)用力傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的需求選擇合適的傳感器類型和安裝方式，并確保傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性。在安裝和使用過程中，還要注意保護(hù)傳感器免受過大的力、振動(dòng)和環(huán)境影響。 面對(duì)如此多的力傳感器類型，在不同的應(yīng)用場景選取適合的傳感器是非常重要的，我們可以從如下幾個(gè)步驟選取合適的類型。

• 了解應(yīng)用程序和您正在測(cè)量的內(nèi)容。測(cè)力傳感器不同于壓力傳感器或扭矩傳感器，它們是用來測(cè)量拉力和壓縮力的。
• 確定力傳感器的安裝特性及其組裝。你需要的靜態(tài)負(fù)載還是動(dòng)態(tài)類型？定義安裝類型意思是你要如何安裝這個(gè)力傳感器，是內(nèi)螺紋/外螺紋、直列式、側(cè)面安裝式、法蘭安裝式、通孔式還是壓縮墊圈。
• 確定最小和最大量程要求。在選擇量程之前，一定要選擇超過最大運(yùn)行負(fù)載的量程，并確定所有的外部負(fù)載（側(cè)負(fù)載或偏心負(fù)載）和力矩。
• 確定力傳感器的尺寸和形狀要求（寬度、重量、高度、長度等）和機(jī)械性能要求（輸出、非線性、遲滯、蠕變、橋的電阻、分辨率、頻率響應(yīng)等）其他需要考慮的特性包括（防水、低溫、高溫、多橋或冗余橋、和接口。
• 確定應(yīng)用程序所需的輸出類型。力傳感器電路以mV/V輸出電壓。因此，如果你的PLC或DAQ需要模擬輸出、數(shù)字測(cè)壓元件輸出或串行通信，你肯定需要一個(gè)測(cè)壓元件放大器或信號(hào)調(diào)節(jié)器。確保選擇正確的放大器，并校準(zhǔn)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)（負(fù)載傳感器+信號(hào)調(diào)節(jié)器）。

SparkFun Electronics是一家位于美國科羅拉多州的電子零件和工具供應(yīng)商。他們提供各種各樣的電子零件，包括傳感器、電池、開發(fā)板、電線、電纜等。該公司主要生產(chǎn)的力傳感器是SEN-10245系列的，適用于的工作溫度0°C ~ 50°C，適用的操作力50.00kgf，所需要的電壓是10v。

Ohmite是一家美國的電子元件制造商，成立于1925年。該公司主要生產(chǎn)和銷售電阻器和電阻器相關(guān)產(chǎn)品，包括可調(diào)電阻器、電位器、電流互感器和電感器等。Ohmite的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)和領(lǐng)域，包括電子、通信、汽車、醫(yī)療和工業(yè)等。該公司的力傳感器主要是FSR系列的，適用的工作溫度為-20~85度，屬于壓力感應(yīng)電阻器。

Honeywell是一家全球知名的多元化科技和制造公司。該公司總部位于美國新澤西州，業(yè)務(wù)涵蓋航空、建筑、化工、電子、能源等多個(gè)領(lǐng)域。該公司的力傳感器主要是FSG系列的，適用的工作溫度為-40~85度，適合的操作力更大0~5N，屬于壓力感應(yīng)電阻器。

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