電子力傳感器有各種形式和尺寸可供選擇，從小型單個應變計到精密設計的稱重傳感器。了解操作原理和可能的錯誤來源有助于選擇和安裝，以確保從實驗室實驗和結構監(jiān)控到批量稱重，車輛安全，機器人和醫(yī)療設備等應用的準確測量和長期可靠性。

應變計：力測量的基本構建塊

應變計可以是導線或蝕刻金屬導體，布置成在受到拉伸或壓縮時表現(xiàn)出可測量的電阻變化。當壓力表牢固地固定在材料或結構上時，可以通過監(jiān)測其電氣響應來檢測所施加的任何機械力的大小。

應變計可以用作分立元件，并且有多種形式可供選擇適用于實驗室用途，設計機械部件或監(jiān)測結構以提高性能或安全性的類型。當被監(jiān)測樣品連接時，儀表的特性及其方向對測量精度有重要影響。

圖1：通用蝕刻金屬箔應變計。

現(xiàn)成的離散應變計可能包含金屬箔，經過光刻蝕以產生合適的方向應變敏感圖案并安裝在聚酰亞胺或增強環(huán)氧樹脂載體，如圖1所示。金屬合金的類型對儀表的性能有重要影響?？邓固苟?，有時稱為A合金，具有高應變靈敏度和高電阻率等特性，可實現(xiàn)小尺寸的傳感器。通過在寬的應變水平和溫度范圍內表現(xiàn)出相對低的電阻溫度系數(shù)和穩(wěn)定的機械性能，康銅通常是用于通用儀表的優(yōu)選合金?？点~的另一個重要優(yōu)點是可以加工合金以達到特定的自溫補償值（STC），以匹配各種測試材料的熱膨脹系數(shù)。

CEA系列康銅Micro-Measurements（Vishay Precision Group的一個部門）的通用應變計包括各種型號，如CEA-06-125UN-350，其STC編號為06，標稱電阻為350Ω。 CEA系列壓力表的正常靜態(tài)工作溫度范圍為-75°C至175°C，而對于需要更寬溫度范圍的應用，LWK系列鎳鉻或K合金壓力表，如LWK-06-W250B- 350可在-195°C至260°C的溫度范圍內工作。

背襯材料和附件類型也是量規(guī)選擇的重要標準。通常使用環(huán)氧粘合劑將聚酰亞胺或環(huán)氧樹脂載體粘合到測試材料上。然而，在一些應用中，諸如高操作溫度或不利環(huán)境或測試條件的因素阻止粘合劑的固化或計量器的夾緊可能驅使工程師使用可焊接的量規(guī)。微量測量LWK-06-W250B-350是一種可焊接的量規(guī)，預先粘接到薄金屬載體上，并且已連接三根引線，可直接連接到儀表電纜?？梢酝ㄟ^點焊將壓力表粘合到清潔的金屬測試樣品上。

在為特定應用選擇應變片時，測量尺寸是另一個需要考慮的重要參數(shù)。應變計自然傾向于整合在測量儀的整個長度上施加的力。由于工程師經常需要評估結構中零部件所經歷的峰值應力，因此在峰值應力集中在一個小區(qū)域的區(qū)域應用過長的應變計會導致嚴重的不準確。另一方面，非常小的傳感器可能不太穩(wěn)定并且具有較低的最大允許伸長率。

定位和連接

CEA-06-125UN-350和LWK-06-W250B-350等應變計設計為對軸線作用力最敏感傳感網(wǎng)格。因此，當傳感器連接到測試樣品時，傳感器的方向是關鍵的，并且應該與待測量的力的方向對齊。如果方向未知，可以使用三向蓮座型儀表。

由于施加力下的電阻變化非常小，橋式測量電路通常使用精度很高電壓表，以確保準確的讀數(shù)。圖2所示的簡單電橋電路容易受到儀表引線電阻引起的誤差的影響。這些可以通過多種方式得到補償。當?shù)谌鶎Ь€直接連接到電壓表時，LWK系列測量儀的三線連接可將此誤差減半，從而消除兩根信號線之一的影響。另一種方法是將應變儀連接在橋的上臂和下臂中，具有相反的極性，以便感測相反方向的力。在這種布置中，兩組引線電阻都被取消，同時系統(tǒng)的靈敏度加倍，從而可以實現(xiàn)更高的精度。

圖2：基本用于監(jiān)測應變儀輸出的電橋電路。

用稱重傳感器設計

用于力測量的稱重傳感器是精確設計的系統(tǒng)，包含多個應變儀，配置為橋接，以確保準確和可重復的測量。應變計與精密設計的結構元件結合，該結構元件可以由鋼，鋁或銅合金制成。精確的設計和加工可在整個規(guī)定范圍內確?？蓽y量且可重復的偏轉，其大小與施加的負載成比例。稱重傳感器可設計用于測量彎曲，剪切，壓縮或扭轉力，并可提供各種工作范圍。

選擇稱重傳感器時，工程師應注意指定的安全負載限制，并考慮操作負載范圍。如果施加過大的過載，則稱重傳感器可能會永久損壞并在隨后的使用中產生不可靠的結果。如果預期過載重量，則可能需要更高容量的稱重傳感器。同樣，如果預計會出現(xiàn)明顯的沖擊或動態(tài)負載，則可能需要對稱重傳感器進行降容。

還需要特別注意設計合適的安裝系統(tǒng)，同時牢記稱重傳感器是傳感器，因此不應被視為堅實的支持。應注意避免橫向力，偏心負載或振動等影響。如果系統(tǒng)中使用了多個稱重傳感器，可能需要特別小心以確保負載均勻分布，以避免各個稱重傳感器輸出之間出現(xiàn)不必要的差異。

測量系統(tǒng)，從噸負載

稱重傳感器可用于各種應用。一個例子是安裝在諸如卡車之類的車輛上的散裝稱重系統(tǒng)。 PM OnBoard，與Micro-Measurements一樣，也是Vishay Precision Group的一個部門，生產一系列散裝稱重系統(tǒng)，包括安全導向系統(tǒng)和合法交易系統(tǒng)，允許按重量收取散裝物料。裝卸。用于重量為17至44噸的卡車的BulkWeigh 1300系統(tǒng)具有四個或更多個能夠監(jiān)控單個軸重的稱重傳感器，如圖3所示，可以為駕駛員提供過載或不平衡負載的駕駛室內警告。/p>

圖3：在工業(yè)車輛散裝稱重系統(tǒng)中使用稱重傳感器。

在極端的另一端， Measurement Specialties FC22系列等微型稱重傳感器有四種標準測量范圍，從0-10到0-100 lbf，并有兩個徑向安裝孔，間距為34 mm。這些稱重傳感器適用于機器人末端執(zhí)行器等設備，以幫助控制機器人在各種過程中施加的力或監(jiān)控任何拾取物體的重量。小型稱重傳感器（如FC22）也可用于醫(yī)療設備，如控制注射器輸液泵的線性力，以控制液體的劑量或輸送。

FC22系列稱重傳感器采用MEMS應變計制造，可通過壓電效應檢測應變。 Measurement Specialties使用其專有的Microfused ?技術，通過與高溫玻璃熔合將應變計粘合到不銹鋼基板上。這消除了對年齡敏感的有機環(huán)氧樹脂，并有助于最大限度地提高穩(wěn)定性并延長使用壽命。該技術還有助于確保即使在低應變下也具有高靈敏度，以及卓越的分辨率和高超范圍能力，而無需機械停止。 FC22的設計消除了與其他微型力傳感器相關的疲勞機制，例如使用壓力傳感器的傳感器。還內置了熱補償，消除了零點和量程中與溫度相關的變化。

結論

應變計和稱重傳感器各自利用導體電性能的變化或施加力時的半導體，以測量機械負載。所有這些都是必須精心設計的精密儀器，以確保滿意的性能。為了達到所需的精度，可靠性和使用壽命不僅對選擇最佳組件很重要，而且對于定位，定位和固定以及電氣連接也很重要。與往常一樣，更好的理解會帶來更好的結果。