測(cè)力傳感器在工程機(jī)械中的地位將越來(lái)越高

力傳感器是利用力敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和處理單元，將一個(gè)或多個(gè)力學(xué)量(張力、拉力、壓力、重量、扭矩、內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的設(shè)備。

現(xiàn)在，力傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科技和社會(huì)生產(chǎn)中。例如，測(cè)力傳感器、扭矩傳感器、多維力傳感器等力學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、高空作業(yè)車(chē)、工業(yè)機(jī)器人、特種車(chē)輛等高標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備。

測(cè)力傳感器作為工程機(jī)械中不可缺少的核心安全部件，是決定整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件，甚至是整個(gè)力控系統(tǒng)的心臟，其準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性直接影響測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量性能。

在這些因素中，通用力傳感器中使用的敏感元件大多是應(yīng)變片，它們作為電導(dǎo)體牢固地附著在基底上。當(dāng)基底被拉伸時(shí)，應(yīng)變片會(huì)變長(zhǎng)。相反，當(dāng)壓縮時(shí)，應(yīng)變片會(huì)縮短。結(jié)果，應(yīng)變片電阻發(fā)生變化。這是應(yīng)變測(cè)量原理，通過(guò)應(yīng)變電阻的變化來(lái)確定應(yīng)變大小。

四個(gè)應(yīng)變片組成惠斯通電橋。由于應(yīng)變片牢固粘附在彈性體上，應(yīng)變片會(huì)產(chǎn)生與彈性體相同的變形，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。惠斯通電橋的輸出信號(hào)將提供這些變形信息。這樣，就可以計(jì)算出應(yīng)變片中作用的力的大小。這就是力傳感器的工作原理。

具體來(lái)說(shuō)，力傳感器可以將傳感器與溫度、壓力、角度、加速度、振動(dòng)等放大、運(yùn)算等物理量集成在一起，使用戶(hù)通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、總線(xiàn)傳輸模式直接讀取或使用力值等物理量值的變化，為高端機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用提供全面的安全保障。

以農(nóng)業(yè)機(jī)械為例，近年來(lái)，黑龍江農(nóng)墾系統(tǒng)引進(jìn)的各種拖拉機(jī)都配備了不同類(lèi)型的力傳感器。在力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)和綜合力調(diào)節(jié)方面，力傳感器被直接監(jiān)控和控制，充分展示了機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中的先進(jìn)性和駕駛員操作的便利性。

簡(jiǎn)而言之，測(cè)力傳感器可以將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出，主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路和輔助電源四部分組成。目前，在工程機(jī)械領(lǐng)域，廣泛使用的測(cè)力傳感器是電阻應(yīng)變片測(cè)力傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)電阻測(cè)力傳感器。電阻應(yīng)變片測(cè)力傳感器內(nèi)部，電路一般為橋式電路。電阻作為轉(zhuǎn)換元件，電阻值的變化最終以信號(hào)的形式輸出。

由于電阻測(cè)力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線(xiàn)性和穩(wěn)定性好、輸出精度高的特點(diǎn)，在實(shí)踐中越來(lái)越受到重視。它使用的敏感元件是彈性測(cè)試元件，主體是彈性體。其中，彈性體的結(jié)構(gòu)形狀和相關(guān)尺寸對(duì)測(cè)力傳感器的性能影響很大。

測(cè)力傳感器的主要用途是感知物體的重量、拉力、張力或扭力，并將信號(hào)傳輸給控制器，以便根據(jù)預(yù)設(shè)值設(shè)備響應(yīng)后續(xù)動(dòng)作。

比如安裝在旋挖鉆機(jī)上的銷(xiāo)軸式力傳感器就是一種測(cè)力傳感器，其主要作用是保護(hù)鉆桿觸底，防止鋼絲繩因卷?yè)P(yáng)過(guò)放而亂繩，加壓過(guò)大而斷繩。簡(jiǎn)單理解就是旋挖鉆機(jī)打樁時(shí)，鉆桿觸底或打樁壓力過(guò)大，測(cè)力傳感器會(huì)將力值的變化反饋給控制器進(jìn)行判斷，從而控制鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)、收放或停止鉆機(jī)工作，防止安全事故和設(shè)備損壞。

如今，中國(guó)機(jī)械工業(yè)在世界上排名第一，但存在大而不強(qiáng)、自主創(chuàng)新能力弱、核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件對(duì)外依存度高等問(wèn)題。目前，中國(guó)的力傳感器技術(shù)與國(guó)外技術(shù)仍有很大差距，歐美的微型和多維智能傳感器水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)。

就力傳感器市場(chǎng)而言，力傳感器行業(yè)整體需求規(guī)模小且多樣化，目前國(guó)內(nèi)高端力傳感器公司品牌不多，而比較有實(shí)力的也是屈指可數(shù)的，深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是一個(gè)不錯(cuò)的測(cè)力傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)商，主要產(chǎn)品有稱(chēng)重、測(cè)力、壓力、扭矩傳感器等千余款產(chǎn)品。有適用于各種惡劣環(huán)境的高、中、低溫傳感器和高防護(hù)等級(jí)傳感器。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、紡織、電子、油田、化工、機(jī)械加工、能源、環(huán)保、醫(yī)療、交通、建材等領(lǐng)域自動(dòng)化工程的檢測(cè)和過(guò)程控制。對(duì)于力傳感器來(lái)說(shuō)，未來(lái)發(fā)展前景廣闊，微集成和智能將是力傳感器未來(lái)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。

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