力敏傳感器的種類(lèi)很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式等，有經(jīng)彈性敏感元件轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。它主要用于兩個(gè)方面：測(cè)力和稱重。主要分為以下幾種：

　　1、應(yīng)變式傳感器

　　2、電感式傳感器

　　3、電容式傳感器

　　4、壓電式傳感器

　　以下主要是介紹了電阻式變式傳感器、固態(tài)壓阻式傳感器及壓電傳感器的工作原理。

　　一、電阻應(yīng)變式傳感器：

　　電阻應(yīng)變式傳感器是通過(guò)彈性敏感元件將外部的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變?chǔ)牛�再根�?jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)，由電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的微小變化，通過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成電壓或電流的輸出。

　　圖 電阻應(yīng)變式傳感器的原理框圖：

　　二、固態(tài)壓阻式傳感器：

　　固態(tài)壓阻式傳感器的工作主要基于壓阻效應(yīng)，而壓阻效應(yīng)是在半導(dǎo)體材料上施加作用力時(shí)，其電阻率將發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。

　　三、 壓電傳感器：

　　1、壓電效應(yīng)：

　　當(dāng)某些晶體或多晶體陶瓷在一定的方向上受到外力作用時(shí)，在某兩個(gè)對(duì)應(yīng)的晶面上，會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。當(dāng)外力消失時(shí)，電荷也消失；當(dāng)外力改變方向時(shí)，兩晶面上的電荷符號(hào)也隨之改變。

　　壓電傳感器就是以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的器件。

　　典型的具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)有石英晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料等。

　　2、石英晶體的壓電效應(yīng)：

　　石英晶體的外形是規(guī)則的六角棱柱體，它有三個(gè)晶軸，如下圖所示。

　　圖 石英晶體的坐標(biāo)軸和切片：

　　1）．縱向壓電效應(yīng)：沿著X軸對(duì)晶片施加力時(shí)，在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電荷。如圖1所示。產(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比，與晶片尺寸無(wú)關(guān)。

　　圖1 晶片受力方向與電荷極性的關(guān)系：

　　2）．橫向壓電效應(yīng)：沿著Y軸對(duì)晶片施加壓力時(shí)，在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電荷。如圖1所示。產(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比，與晶片尺寸有關(guān)。

　　3）．壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理：（圖2所示）

　　圖2　壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理：

　　3、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)：

　　壓電陶瓷是人工制造的具有電疇結(jié)構(gòu)的多晶壓電材料。它的壓電機(jī)理與壓電晶體不同。

　　原始的壓電陶瓷不具有壓電特性，電疇無(wú)規(guī)則排列。當(dāng)外加直流電場(chǎng)時(shí)，使得電疇規(guī)則排列，這時(shí)壓電陶瓷就有了壓電特性。在極化電場(chǎng)去除后，電疇方向基本不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。極化過(guò)的壓電陶瓷受力后就產(chǎn)生了電荷。見(jiàn)圖3所示。壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，因此其靈敏度較高。

　　圖3　壓電陶瓷的極化過(guò)程和壓電特性：

　　量程:0～1～150(MPa)

　　綜合精度:0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS

　　輸出信號(hào):4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)

　　供電電壓:24DCV(9～36DCV)

　　介質(zhì)溫度:-20～85～150℃

　　環(huán)境溫度:常溫(-20～85℃)

　　負(fù)載電阻:電流輸出型：最大800Ω；

　　電壓輸出型：大于50KΩ

　　絕緣電阻:大于2000MΩ(100VDC

　　密封等級(jí):IP65

　　長(zhǎng)期穩(wěn)定性能:0.1%FS/年

　　振動(dòng)影響:在機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz～1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS

　　電氣接口(信號(hào)接口):四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母

　　機(jī)械連接(螺紋接口):1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等。

　　廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車(chē)輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。

　　隨著計(jì)算機(jī)控制、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理各層次。集控?cái)?shù)據(jù)處理平臺(tái)，業(yè)已成熟，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集傳感器，國(guó)內(nèi)尚處萌芽。在力敏傳感器的基礎(chǔ)上,進(jìn)行技術(shù)拓展，提升其信息化水平，形成具有數(shù)字化、無(wú)線化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能的新型智能化網(wǎng)絡(luò)力敏傳感器。

　　力敏傳感器的智能化發(fā)展分三個(gè)階段：

　　第一階段力敏傳感器數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)傳輸方式的數(shù)字化，同時(shí)解決傳統(tǒng)產(chǎn)品抗干擾能力差的問(wèn)題。

　　第二階段力敏傳感器智能化，實(shí)現(xiàn)人—機(jī)交流，同時(shí)解決傳統(tǒng)產(chǎn)品精度低、穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

　　第三階段力敏傳感器網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)遠(yuǎn)程集中控制，解決傳統(tǒng)產(chǎn)品在工業(yè)控制中必須一次儀表+二次儀表配合，造成部分功能冗余的問(wèn)題。其實(shí)質(zhì)將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與傳感器技術(shù)有機(jī)融合為一體，全面提升傳感器數(shù)據(jù)傳輸功能和數(shù)據(jù)處理、判斷功能。

　　近幾十年來(lái)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)生了巨大變化，洞察當(dāng)今高科技，無(wú)不是傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的結(jié)合。工業(yè)控制從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、集散控制。在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的今天，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。特別是嵌入式系統(tǒng)，片上系統(tǒng)SOC（System on Chip）給電子信息產(chǎn)業(yè)及 IC 應(yīng)用帶來(lái)劃時(shí)代的進(jìn)步。信息技術(shù)滲入傳感器之中勢(shì)不可擋，相互融合更是大勢(shì)所趨。傳感器行業(yè)向智能化、單片系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展已是大勢(shì)所趨。