測力傳(chuan) 感器通常將力轉換為(wei) 正比於(yu) 作用力大小的電信號，使用十分方便，因而在工程領域及其他各種場合應用最為(wei) 廣泛。測力傳(chuan) 感器種類繁多，依據不同的物理效應和檢測原理可分為(wei) 電阻應變式、壓磁式、壓電式、振弦式力傳(chuan) 感器等。

　　1．應變式力傳(chuan) 感器

　　在所有力傳(chuan) 感器中，應變式力傳(chuan) 感器應用最為(wei) 廣泛。它能應用於(yu) 從(cong) 極小到很大的動、靜態力的測量，且測量精度高，其使用量約占力傳(chuan) 感器總量的90％左右。

　　應變式力傳(chuan) 感器的工作原理與(yu) 應變式壓力傳(chuan) 感器基本相同，它也是由彈性敏感元件和貼在其上的應變片組成。應變式力傳(chuan) 感器首先把被測力轉變成彈性元件的應變，再利用電阻應變效應測出應變，從(cong) 而間接地測出力的大小。彈性元件的結構形式有柱形、筒形、環形、梁形、輪輻形、s形等。

　　應變片的布置和接橋方式，對於(yu) 提高傳(chuan) 感器的靈敏度和消除有害因素的影響有很大關(guan) 係。根據電橋的加減特性和彈性元件的受力性質，在貼片位置許可的情況下，可貼4或8片應變片，其位置應是彈性元件應變最大的地方。

　　圖1給出了常見的柱形、筒形、梁形彈性元件及應變片的貼片方式。圖1（a）為(wei) 柱形彈性元件；圖1（b）為(wei) 筒形彈性元件；圖1（c）為(wei) 梁形彈性元件。

　　（1）柱形應變式力傳(chuan) 感器

圖1　幾種彈性元件及應變片貼片方式

　　柱形彈性元件通常都做成圓柱形和方柱形，用於(yu) 測量較大的力。最大量程可達10MN。在載荷較小時（1～100kN），為(wei) 便於(yu) 粘貼應變片和減小由於(yu) 載荷偏心或側(ce) 向分力引起的彎曲影響，同時為(wei) 了提高靈敏度，多采用空心柱體(ti) 。四個(ge) 應變片粘貼的位置和方向應保證其中兩(liang) 片感受縱向應變，另外兩(liang) 片感受橫向應變（因為(wei) 縱向應變與(yu) 橫向應變是互為(wei) 反向變化的），如圖1（a）所示。

　　當被測力F沿柱體(ti) 軸向作用在彈性體(ti) 上時，其縱向應變和橫向應變分別為(wei)

　　　　　　　　　　　　　（1）

　　式中，E為(wei) 材料的彈性模量；S為(wei) 柱體(ti) 的截麵積；μ為(wei) 材料的泊鬆比。

　　在實際測量中，被測力不可能正好沿著柱體(ti) 的軸線作用，而總是與(yu) 軸線成一微小的角度或微小的偏心，這就使得彈性柱體(ti) 除了受縱向力作用外，還受到橫向力和彎矩的作用，從(cong) 而影響測量精度。

　　（2）輪輻式力傳(chuan) 感器

　　簡單的柱式、筒式、梁式等彈性元件是根據正應力與(yu) 載荷成正比的關(guan) 係來測量的，它們(men) 存在著一些不易克服的缺點。為(wei) 了進一步提高力傳(chuan) 感器性能和測量精度，要求力傳(chuan) 感器有抗偏心、抗側(ce) 向力和抗過載能力。20世紀70年代開始已成功地研製出切應力傳(chuan) 感器。圖2是較常用的輪輻式切應力傳(chuan) 感器的結構簡圖。

　　輪輻式力傳(chuan) 感器由輪圈、輪軲、輻條和應變片組成。輻條成對且對稱地連接輪圈和輪軲，當外力作用在輪軲上端麵和輪軲下端麵時，矩形輻條就產(chan) 生平行四邊形變形，如圖2（b）所示，形成與(yu) 外力成正比的切應變。此切應變能引起與(yu) 中性軸成45⁰方向的相互垂直的兩(liang) 個(ge) 正負正應力，即由切應力引起的拉應力和壓應力，通過測量拉應力或壓應力值就可知切應力值的大小。因此，在輪輻式傳(chuan) 感器中，把應變片貼到與(yu) 切應力成45⁰的位置上，使它感受的仍是拉伸和壓縮應變，但該應變不是由彎距產(chan) 生的，而主要是由剪切力產(chan) 生的，此即這類傳(chuan) 感器的基本工作原理。這類傳(chuan) 感器最突出的優(you) 點是抗過載能力強，能承受幾倍於(yu) 額定量程的過載。此外，其抗偏心、抗側(ce) 向力的能力也較強，精度在0.1％之內(nei) 。

（a）輪輻式結構　　　　　　　（b）輻條變形情況

圖2　輪輻式力傳(chuan) 感器

　　2．壓磁式力傳(chuan) 感器

　　當鐵磁材料在受到外力的拉、壓作用而在內(nei) 部產(chan) 生應力時，其導磁率會(hui) 隨應力的大小和方向而變化：受拉力時，沿力作用方向的導磁率增大，而在垂直於(yu) 作用力的方向上導磁率略有減小；受壓力作用時則導磁率的變化正好相反。這種物理現象就是鐵磁材料的壓磁效應。這種效應可用於(yu) 力的測量。

　　壓磁式力傳(chuan) 感器一般由壓磁元件、傳(chuan) 力機構組成，如圖3（a）所示。其中主要部分是壓磁元件，它由其上開孔的鐵磁材料薄片疊成。壓磁元件上衝(chong) 有四個(ge) 對稱分布的孔，孔1和2之間繞有激磁繞組W₁₂ （初級繞組），孔3和4間繞有測量繞組W₃₄。（次級繞組），如圖3（b）所示。當激磁繞組W₁₂通有交變電流時，鐵磁體(ti) 中就產(chan) 生一定大小的磁場。若無外力作用，則磁感應線相對於(yu) 測量繞組平麵對稱分布，合成磁場強度日平行於(yu) 測量繞組W₃₄的平麵，磁感應線不與(yu) 測量繞組W₃₄交連，故繞組W₃₄不產(chan) 生感應電勢，如圖3（C）所示。當有壓縮力F作用於(yu) 壓磁元件上時，磁感應線的分布圖發生變形，不再對稱於(yu) 測量繞組W₃₄的平麵（如圖3（d）所示），合成磁場強度H不再與(yu) 測量繞組平麵平行，因而就有部分磁感應線與(yu) 測量繞組W₃₄相交鏈，而在其上感應出電勢。作用力愈大，交鏈的磁通愈多，感應電勢愈大。

　　壓磁式力傳(chuan) 感器的輸出電勢比較大，通常不必再放大，隻要經過濾波整流後就可直接輸出，但要求有一個(ge) 穩定的激磁電源。壓磁式力傳(chuan) 感器可測量很大的力，抗過載能力強，能在惡劣條件下工作。但頻率響應不高（1～10 kHz），測量精度一般在1％左右，也有精度更高的新型結構的壓磁式力傳(chuan) 感器。常用於(yu) 冶金、礦山等重工業(ye) 部門作為(wei) 測力或稱重傳(chuan) 感器，例如在軋鋼機上用來測量大的力以及用在吊車秤中。

圖3　壓磁式力傳(chuan) 感器