測力傳感器通常將力轉(zhuǎn)換為正比于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廣泛。測力傳感器種類繁多，依據(jù)不同的物理效應和檢測原理可分為電阻應變式、壓磁式、壓電式、振弦式力傳感器等。

應變式力傳感器

在所有力傳感器中，應變式力傳感器應用最為廣泛。它能應用于從極小到很大的動、靜態(tài)力的測量，且測量精度高，其使用量約占力傳感器總量的90％左右。

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

應變片的布置和接橋方式，對于提高傳感器的靈敏度和消除有害因素的影響有很大關系。根據(jù)電橋的加減特性和彈性元件的受力性質(zhì)，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。

柱形應變式力傳感器

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）為柱形彈性元件；圖1（b）為筒形彈性元件；圖1（c）為梁形彈性元件。

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，用于測量較大的力。最大量程可達10MN。在載荷較小時（1——100kN），為便于粘貼應變片和減小由于載荷偏心或側(cè)向分力引起的彎曲影響，同時為了提高靈敏度，多采用空心柱體。四個應變片粘貼的位置和方向應保證其中兩片感受縱向應變，另外兩片感受橫向應變（因為縱向應變與橫向應變是互為反向變化的），如圖1（a）所示。

當被測力F沿柱體軸向作用在彈性體上時，其縱向應變和橫向應變分別為

式中，E為材料的彈性模量；S為柱體的截面積；μ為材料的泊松比。

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

輪輻式力傳感器

簡單的柱式、筒式、梁式等彈性元件是根據(jù)正應力與載荷成正比的關系來測量的，它們存在著一些不易克服的缺點。

為了進一步提高力傳感器性能和測量精度，要求力傳感器有抗偏心、抗側(cè)向力和抗過載能力。20世紀70年代開始已成功地研制出切應力傳感器。圖2是較常用的輪輻式切應力傳感器的結(jié)構簡圖。

圖2 輪輻式力傳感器

輪輻式力傳感器由輪圈、輪轱、輻條和應變片組成。輻條成對且對稱地連接輪圈和輪轱，當外力作用在輪轱上端面和輪轱下端面時，矩形輻條就產(chǎn)生平行四邊形變形，如圖2（b）所示，形成與外力成正比的切應變。此切應變能引起與中性軸成450方向的相互垂直的兩個正負正應力，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，在輪輻式傳感器中，把應變片貼到與切應力成45度的位置上，使它感受的仍是拉伸和壓縮應變，但該應變不是由彎距產(chǎn)生的，而主要是由剪切力產(chǎn)生的，此即這類傳感器的基本工作原理。這類傳感器最突出的優(yōu)點是抗過載能力強，能承受幾倍于額定量程的過載。此外，其抗偏心、抗側(cè)向力的能力也較強，精度在0.1％之內(nèi)。