力传感器的工作原理：六维力传感器工作原理

　　六维力传感器工作原理
　　六维力传感器标定原理
　　六维力传感器的标定均在假设传感器系统为线性系统的情况下进行，即传感器静态数学模型满足
　　F=CV
　　其中，V是六维力传感器输出的6路原始信息(列信息，单位是V)，F是经过计算的6路力信息(列信息，力的单位是KN，力矩的单位是KNm)[6-7]。
　　传感器静态标定的实质就是利用施加在六维力传感器上的广义力矢量组F和通过数据采集上采样得到的传感器6个输出信号矢量组V求出标定矩阵C，传感器的输出信号是一个6路电压信号组成的矢量。如果不考虑传感器的非线性因素的影响，只要给传感器施加6个线性无关的力矢量，并测得对应6个力矢量的传感器的输出电压信号矢量V，就可以得到一个惟一解C。

　　 六维力传感器标定装置简介
　　“气动力—惯性力复合离心试验”六维力传感器标定系统由测试系统和标定装置两部分组成，测试系统主要包括力传感器，信号测量及放大装置，数据采集卡，计算机以及标定软件;传感器标定装置由六维力承力墙、承力钢梁、过渡法兰、L型加载梁，液压协调加载系统等组成。其中承力墙、过渡法兰、承力钢梁主要用于传感器和液压作动筒的转接和固定，液压协调加载系统是载荷施加和控制装置。
　　作为标定装置的核心部件—型加载梁：其设计精巧，简单实用，确保力传递的连续型和准确性。其8个45°均布的安装螺孔，使L型加载梁的安装位置45°可调，从而使xF和yF载荷的施加可以实现，L型的外形设计，使该加载装置不仅可以实现单唯力的施加，而且可以根据需要完成不同方向和大小的力矩和单唯力的同时施加，这种装置从结构设计上满足了六维力传感器标定所需所用载荷状态的实现;后，L型加载梁周身所布置的8个半球状加载坑，以点一点接触的方式确保了载荷施加方向的准确性。
　　 六维力传感器安装需要注意什么?
　　安装称六维力感器重要的问题就是 要是合理的,能够让其在日后的工作当中正常的使用。所以进行合理的安装是非常关键的。那么在安装六维力传感器的过程当中需要注意什么问题。
　　1、三维力传感器的弹性体的制作材料主要还是合金的铝材,所以出现任何一点震动导致的冲击或者是发生掉落的情况都会导致出现非常大的数据输出误差。因此，安装六维传感器要做到轻拿轻放。
　　2、在进行加载装置设计或者是安装的时候,要确保加载力的受力和称重传感器的受力线是相重叠的,确保倾斜的符合和偏心符合的影响达到低状态。
　　3、假如使用的是六维力传感器,在安装底座的时候要使用水平仪进行调整,达到水平状态才能安装。如果是安装多个传感器一起进行测量 ,那么就要让多维传感器的底部尽可能保持在一个水平面上。 这样的发就可以确保任何一个传感器所承受的力差不多是一样的。与此同时,在加载装置的两侧还需要假装铜编织线制作而成的旁路器。
　　4、在安装六维力传感器的时候,在其表面还需要涂抹凡士林,这样可以很好的避免出现化学腐蚀。另外还要尽可能避免太阳光的长时间直接照射,或者是环境温度有非常大的变化。
　　六维力传感器的电缆线是不可以自行加长的,如果要加长的发就要在接头的地方进行锡焊而且还要使用有防潮效果的密封胶。
　　 机器人六维力传感器的使用误区有什么?
　　六维力传感器一般分成固定端(机器人端)和加载端(工具端)。两端相对受力时，传感器发生弹性变形，传感器内部的应变计电阻发生变化，进而转换成电压信号输出。使用时需要要根据具体的应用场合考虑，精度和分辨率决不能等同看待。分辨率是指传感器能分辨的较小信号，精度是指传感器测量值与标称值的较小差异。六维力传感器的精度一般在0.5%F.S以内，M38系列六维力传感器精度高达0.2%F.S，分辨率约为满量程的1/5000，能够满足各种应用需求。XYZ三维空间内施加在传感器上的力和扭矩都要考虑，外力/扭矩的大小较好是传感器量程范围的80%左右。
　　使用时的误区有，只考虑力，弯矩考虑不够。只考虑了外力大小，未考虑力臂(受力点离传感器中心的距离)引起的弯矩。空间未充分利用。夹具和工件很大，力传感器尺寸却很小。电气接口选型失误。电气接口选型不合适造成精度降低、分辨率不够、通信等问题。量程选择不合适。传感器量程用得过满，碰撞、误用、机器人移动加速度等引起力和力矩考虑不够。布置位置不合理。传感器离受力点太远，使得传感器承受了多余的力和力矩。
　　六维力传感器是一种力传感器，能够同时测量中性坐标系(OXYZ)内的三个力(FX、FY、FZ)和三个矩(MX、MY、MZ)。六维力传感器一类技术含量相当高的产品，在机器人、国防、汽车等领域都有重要应用。
　　 六维力传感器未来市场的应用热点
　　传感器可对各种旋转或非旋转机械部件上的力和扭转力矩进行感知及检测，因而被广泛应用于各种动力设备、过程/流程工业、实验室测试部门等应用场所。多轴力/扭矩传感器能够测量并输出在笛卡尔直角坐标系中多个坐标轴(X，Y和Z)上的力和扭矩，主要用于工业机器人手臂、远程控制机器人系统、牙科研究和外科手术、产品测试、汽车部件测试等市场。
　　传感器市场持续保持着5%左右的低速成长。而同时，在另一方面，由于物联网建设和中国制造转型升级的共同，近几年中国传感器市场呈现出年均15%以上的发展速度，无线传感器、六维力传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴种类的产品成为重要的增长热点;此外，在工业自动化控制、汽车电子、航空航天等领域中，伴随着行业用户对智能化水平的要求日益高涨，一些较为成熟的测试/测量传感器也同样面临着旺盛的市场需求，其中就包括力传感器/扭矩传感器、以及多轴力/扭矩传感器等。
　　 六维力传感器的校准方法
　　多分量力传感器校准是为了获得信号与力的对应关系。校准过程可以表达成二次多项式的形式。可以发现，这种表达方式与国内教科书上的不太一样，我们通常是将力F放在等号的左边。就校准过程来讲，这种表达似乎更加合理，那是因为施加了确定的力，而得到了信号。
　　在校准过程中，所施加的载荷F是已知的，而信号Ri是通过高精度数据采集系统得到的，ε是误差项。对于六分量的力传感器，有36个一次项系数，还有126个二次项系数。当然，这些系数的获取是受到校准设备的限制的，而校准误差的大小与校准系统的不确定度也有很大关系。
　　国外的一些六维力传感器的校准方法，只是一份短短的读书笔记。真正的校准数据处理过程其实很复杂，通常需要用到小二乘法，还有一些数据处理的技巧。在多元回归过程中有很多成熟的代码或者软件可以帮助完成。
　　在校准配套的系统里，甚至还有成熟的软件直接得到校准结果，校准人员只需要点点鼠标就可以完成校准。但是作为一名合格的力传感工程师应该从根源上了解背景知识，这样才能处理校准过程中的问题，并且不断改进校准质量。

力传感器的工作原理：力传感器

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力传感器
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力传感器（force sensor） 将力的量值转换为相关电信号的器件。力是引起物质运动变化的直接原因。力传感器能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。具体的器件有金属应变片、压力传感器等，在动力设备、工程机械、各类工作母机和工业自动化系统中，成为不可缺少的核心部件。
[1]
力传感器主要由三个部分组成：1---力敏元件（即弹性体，常见的材料有铝合金，合金钢和不锈钢）。2---转换元件（最为常见的是电阻应变片）。3---电路部分(一般有漆包线，pcb板等）。
中文名
力传感器
外文名
force sensor
类    别
电子元件
组    成
三个部分
主要分类
应变管式
目录
1
主要分类
?
应变管式
?
膜片式
?
应变梁式
?
组合式
2
提高力传感器精度 - 补偿
3
应用领域
4
如何更换力传感器
力能够产生多种物理效应，可采用多种不同的原理和工艺，针对不同的需要设计制造力传感器。力传感器主要有：（1）被测力使弹性体（如弹簧、梁、波纹管、膜片等）产生相应的位移，通过位移的测量获得力的信号。（2）弹性构件和应变片共同构成传感器，应变片牢固粘贴在构件表面上。弹性构件受力时产生形变，使应变片电阻值变化（发生应变时，应变片几何形状和电阻率发生改变，导致电阻值变化），通过电阻测量获得力的信号。应变片可由金属箔制成，也可由半导体材料制成。（3）利用压电效应测力。通过压电晶体把力直接转换为置于晶体两面电极上的电位差。（4）力引起机械谐振系统固有频率变化，通过频率测量获取力的相关信息。（5）通过电磁力与待测力的平衡，由平衡时相关电磁参数获得力的信息。
[1]
力传感器主要分类
语音
力传感器应变管式
石英力传感器
在筒壁上贴有2片或4片应变片，其中一半贴在实心部分作为温度补偿片,另一半作为测量应变片。当没有压力时 4片应变片组成平衡的全桥式电路;当压力作用于内腔时,圆筒变形成“腰鼓形”,使电桥失去平衡,输出与压力成一定关系的电压。这种传感器还可以利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简单、制造方便、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力测量方面有广泛应用。
力传感器膜片式
它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值，而边缘处径向应变达到负的最大值，切向应变为零。因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计(见电阻应变计)则能最大限度地利用膜片的应变效果。这种传感器的非线性较显著。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身，即采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散制作电阻条，并采用周边固定结构制成的固态压力传感器（见压阻式传感器）。
力传感器应变梁式
测量较小压力时，可采用固定梁或等强度梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换为力再通过传力杆传递给应变梁。图3中两端固定梁的最大应变处在梁的两端和中点，应变片就贴在这些地方。这种结构还有其他形式，例如可采用悬梁与膜片或波纹管构成。
力传感器组合式
在组合式应变压力传感器中，弹性敏感元件可分为感受元件和弹性应变元件。感受元件把压力转换为力传递到弹性应变元件应变最敏感的部位，而应变片则贴在弹性应变元件的最大应变处。实际上较复杂的应变管式和应变梁式都属于这种型式。感受元件有膜片、膜盒、波纹管、波登管等，弹性应变元件有悬臂梁、固定梁、Π形梁、 环形梁、薄壁筒等。它们之间可根据不同需要组合成多种型式。 应变式压力传感器主要用来测量流动介质动态或静态压力，例如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、内燃机管道压力等等。
力传感器提高力传感器精度 - 补偿
语音
力传感器补偿
温度将会使4个应变片的应变信号（电阻）在相同方向和程度变化。因为两个正向应变和两个负向应变被列入等式，因此温度将不会产生输出信号。剩下微小的残余误差可以通过连接到惠斯通电桥上特殊的镍金属来进行修正。另外，应变片需要进行温度对灵敏度的补偿 (TCS)。等温度变化时，材料的 E 模量 将会降低，导致产生应变。另外，应变片的灵敏度依赖于温度。在高温状况下电阻的补偿将产生更大的压降。这将降低惠斯通电桥的输出信号。在负载状态下，线性误差 也将产生变化。这可以通过对弹性体材料和结构的优化以及选择精确的测量点来完成。图 中 列出了补偿方法的总结。除了以上描述的 TKzero 和 TCS,也可以通过调整对线性和灵敏度进行补偿.
力传感器应用领域
语音
称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议，对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。譬如铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等；柱式称重传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。
力传感器如何更换力传感器
语音
在称重传感器实际使用过程中，有时会遇到超载、冲击等情况，造成传感器塑性变形，影响计量准确度，严重时，还会导致传感器损坏，无法正常使用，这时就需要更换传感器了。此时我们应当如何操作呢？更换的时候还需要注意哪些问题？下面专家就这个问题和大家分享一下。称重传感器能够更换的前提是施加力的轴线与传感器的受力轴线重合，这是第一点。随着额定载荷的增大，称重传感器输出的微伏/分度信号是减小的，而不是随着额定载荷的增大，输出信号也增大。这一点往往被忽略。所以在更换传感器时，应尽可能用和原来一样载荷的传感器。若想更换载荷稍大一点的，就要注意电子秤的称重仪表量程是否可调:如果是不可调的旧式显示仪表，会因为换成载荷较大的传感器，输出的微伏/分度信号变小，不能满量程输出、显示，拨码调整达不到目的而不能使用；如果是量程可调的称重传感器，换成载荷较大的传感器后，则可通过设定量程，按说明书调试使用。同时应注意，如果传感器的额定载荷过大，输出的微伏/分度信号过小，容易降低秤的灵敏度。对于在第二传力联杆中安装S形传感器的机电结合秤，应注意：重新安装传感器后的联杆长度与原来的联杆长度一致。从另一方面说，就是要保证第一传力杠杆水平且联杆与第一传力杠杆垂直成90度角。如果有偏差，将直接影响秤的准确度和灵敏度。联杆长度过长，将会出现"秤大"现象；过短，将会出现"秤小"现象。此时还应注意，联杆必须处于自由悬挂状态，不可与其它物体摩擦，以免影响秤的灵敏度。机电结合秤在更换传感器后的调试中，应在机械秤调试准确的基础上按称重显示仪表说明书进行。无论是电子秤或机电结合秤，在更换传感器后，都必须经过检定合格后方可使用。以上方案除了针对一般的称重传感器有效外，还对S形传感器有效。称重传感器需要更换的情况在使用的时候经常会遇到，只要按照上面的操作，即使更换传感器也不会对测量造成影响。
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参考资料
1.

《中国大百科全书》总编委会．《中国大百科全书》：《中国大百科全书》出版社，2009

力传感器的工作原理：压力传感器工作原理

1.压力测量介绍
绝对压力传感器
差压力传感器
表压力传感器
2.压力位移的转换
位移转换介绍
电容式气囊
氧化铝膜片
半导体膜片
单晶式压力传感器
3.压力传感器的规格与性能比较
规格
特性
压力之测量
关于压力的量测，可以分成三类：
(1) 绝对压力的测量
(2) 表压力的测量
(3) 差压力的测量
绝对压力所指的就是对应于绝对真空所测量到的压力。
表压力所指的就是对应于地区性大气压力所测量的压力。
差压力就是指两个压力源间的压力差值。
如果有一压力为绝对真空，则差压力就等于绝对压力；如果压力为地区性大气压力，则差压力就等于"表压力"。
压力的测量单位为巴司卡(pascal)(简写pa)，它就相当于牛顿/米2。在工业应用上，还有其它不同的压力单位；如Bar，psi(磅/吋2)，大气压力，mmHg(水银柱的上升高度以mm表示)以及cmH2O(水柱的上升高度以cm表示)。

力传感器的工作原理：进气管压力传感器的工作原理是什么？

进气管压力传感器的工作原理是：根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至发动机ECU，ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。进气压力传感器简称MAP，以真空管连接进气歧管，随着引擎不同的转速负荷，感应进气歧管内的真空变化，再从感知器内部电阻的改变，转换成电压信号，供ECU修正喷油量和点火正时角度。压力传感器对于压力的测量采用的是压力芯片，压力芯片在可发生压力形变的硅膜片上集成的惠斯通电桥。