牛頓的第一慣性定律指出:“除非被強迫施加壓力,否則每個身體都會保持靜止或勻速直線運動。”換句話說就是“如果沒有力施加在物體上,則其加速度(a)將等于零”。
要了解力傳感器,讓我們首先了解力。如前所述,當將力施加到自由物體上時,它將使物體沿力的方向加速。根據牛頓的研究,加速度與作用力“ F”成正比,而與稱為質量“ m”的物體的特性成反比。
哪么a是加速度,F=am; F是力,是矢量,m是質量,它是標量值。
力的單位是牛頓,指的是“將使1 kg質量加速到1 m / s2的加速度的力”。
牛頓第三定律表現了兩個物體之間的力關系。它指出:“對于每一個動作,總是存在著平等的反作用力;或者,兩個物體彼此之間的相互作用總是相等的,并且指向相反的方向”。
在工程中,介質密度是指每單位體積的物質量。力的測量在土木和機械工程領域對于各種測量而言非常重要。每當測量壓力時;它需要測力。通常在處理固體時測量力。而壓力是在處理液體(例如液體和氣體)時測量的。換句話說,當對點施加作用時考慮力,而當力分布在大面積上時測量壓力。
力傳感器分為兩大類。定量和定性。
定量傳感器實際上測量力,并根據電信號表示其值。例如重力儀和稱重傳感器。
定性傳感器是閾值設備。它們的功能是,當力的大小超過預定閾值水平時,輸出信號將可用。這受到強大的力量。電腦鍵盤就是這種力傳感器的例子。這種類型的定性力傳感器用于運動和位置檢測器中。定性壓力傳感器是壓敏墊和壓電電纜組成。
在力傳感器中采用以下方法來感測力。
1.)通過平衡未知力和標準質量的重力。
2.)通過測量已知力所施加的在手體質量上的加速度。
3.)通過電磁力來平衡相互之間關系。
4.)通過將力轉換為流體壓力并測量該壓力。
5.)通過測量未知力在彈性構件中產生的應變。
方法3、4和5最常用于現代傳感器。
在大多數傳感器設計中,力不會直接轉換為電信號。采取了一些中間步驟。例如,可以通過組合力轉換器和位置傳感器來開發力傳感器。
前者可以使用簡單的螺旋彈簧進行設計,其壓縮位移x由彈簧系數k和力F定義為x = k * F
圖中顯示了使用彈簧和壓力傳感器構造的另一種類型的傳感器。壓力傳感器與充有流體的波紋管結合在一起,該波紋管受到力作用。通過將在其輸入處的局部力分布在壓力傳感器的傳感膜片上,充滿流體的波紋管可充當壓力轉換器的作用力。
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