拉力传感器应用及原理介绍

拉力传感器，这个听起来就觉得是力大无比的传感器自然与距离传感器不同啦。它可以称重传感器系列的一种，又叫电阻应变式传感器，它可以很神奇地将物理信号转换为别的装置!我们可以常见拉力传感器运用于建筑行业和运动器材的行业里面。比如说起重机械就要用到拉力传感器，起吊物也要用到这一神奇的传感器。没错，关于力气方面的确少不了它呢。

拉力传感器又叫电阻应变式传感器，隶属于称重传感器系列，是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置，它使用两个拉力传递部分传力，在其结构中含有力敏器件和两个拉力传递部分，在力敏器件中含有压电片、压电片垫片，后者含有基板部分和边缘传力部分。

拉力传感器基于这样一个原理：

弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程。考虑到使用地点的策略加速度和空气浮力对转换的影响，拉力传感器的性能指标主要包括有线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度特性和灵敏度温度特性等。

拉力传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。

建筑行业：拉力传感器，集电动机，减速机和钢丝绳卷筒等一体的小型起重设备，大多数还带有行走小车，配合单梁桥式或门式起重机，组成一个完整的起重机械。它是工矿企业，仓储码头等场所必备的起重设备。由于起重机在使用的过程中需要起吊不同吨位的重物，因此就需要配备一套拉力传感器系统对起吊重物进行实时监控，以便当前工作状况做出判断，做出相应的声光指示如正常起重状态，满载状态，超载状态等等。

运动器材：运动器材中拉力机采用机电一体化设计 ，主要由拉力传感器、变送器、微处理器、负荷驱动机构、计算机及彩色喷墨打印机构成。高精度电子调速电动机可设置无级试验速度。各集成构件间均采用插接方式联接。落地式机型 ，造型涂装均充分考虑了现代工业设计，人体工程学之相关原则。计算机显示器全程显示试验过程、曲线，微机自动传输试验设置与试验数据。用户可按各自要求修改试验报告，输出标准报告。通过对成组试验曲线的迭加分析，可准确掌握质量调控参数。多方式的数据查询功能，可使管理者清晰把握质量控制发展变化趋势。特别设计的软件功能更能使试验者定量掌握试验材料应用过程中关键点的状态参数，准确进行工艺调整与生产控制。

拉力传感器也有着大小不同的设计，每一个设计都别出心裁。不仅用起来很方便，安装也是非常的容易的，而且在很差的环境下，它的作用也可以充分发出，给人焕然一新的感觉呢。它的额定载荷、精度等级、灵敏度和温度范围都有着极其详细的数字参数。可谓是非常精致的拉力传感器。在去健身的时候看到这样的拉力传感器，绝对要好好的观摩一下才好呢。

提高推土机行驶速度是提高生产效率的主要技术措施之一，但是必须有性能良好的制动系统来保证行驶的安全性。制动性能的好坏直接影响行驶的安全性，许多推土机事故是由于制动性能欠佳所致，所以必须经常对推土机的制动性能进行检测，发现制动性能下降，就要及时对制动系统进行调整或修理，提高制动性能。但是如何简单、快速地测试推土机的制动性能一直是一件比较困难的事，目前常用的检测方法有目测、试车和专用仪器检测等。前两种方法操作简单，但误差较大，只能粗略估测推土机的制动性能，不能够获得具体数据，且缺少一个统一的评价标准；后者价格昂贵，操作复杂，不宜进行移动测量。实际上，推土机的制动性能主要取决于刹车的制动力矩，所以可以用制动力矩作为衡量制动系性能的标准。本文提出了用单片微型计算机控制的测量制动力矩的方法和相应测量仪器，该仪器能够精确测量推土机制动力矩，并且体积小，可进行移动测量，能够为农机监理部门的监理和维修部门的维修提供科学依据。

一、测量原理

测量装置由千斤顶、底座、钢丝绳、拉力传感器和测量仪组成。千斤顶固定在底座上，用于提升车轮。钢丝绳的作用是在车轮的外缘向车轮施加力矩，钢丝绳的一头通过轮毂上的孔绑在车轮上，另一头沿车轮连接到拉力传感器，拉力传感器又与底座相连。拉力传感器把拉力的应变信号转换成电信号，通过屏蔽线传送给测量仪，由测量仪进行信号放大、模数转换和数据显示。

测量时，先把千斤顶往上顶，使车轮稍离地面，这时车轮应能自由转动，如果转不动，表明制动蹄与制动鼓之间的间隙过小，需进行调整或维修。转动车轮，使钢丝绳绷紧，然后踩住刹车，继续升千斤顶，钢丝绳被逐渐拉紧。当绳子的拉力产生的力矩超过刹车的制动力矩时，车轮就开始打滑，这时刹车的最大制动力矩M就等于绳子拉力产生的力矩，即∶

M=F.r

F——钢丝绳的拉力

r——推土机车轮半径

钢丝绳的拉力由拉力传感器转换成电信号，由测量仪按要求进行处理、记录和显示。对于一定型号的推土机，车轮的半径通常为常数，所以也可以用绳子拉力的大小直接来衡量该类推土机的制动性能。

二、测量仪硬件设计

测量仪的硬件由信号放大模块、A/D模数转换模块和CPU处理模块组成。测量仪实现对微弱信号的放大处理并转换成数字量，计算制动力矩和显示测量结果。

1、信号放大模块

拉力传感器（SENSOR）的输出信号是一对共模电压信号，电压差（ΔV）非常小，一般只有几毫伏，所以必须进行放大处理。放大模块由高精度放大器ICL7650组成，采用差分输入放大方式。ICL7650是CMOS型斩波稳零集成运放，采用动态校零方法以消除运放的失调和温漂，精密度高，在性能上非常接近理想运算放大器。对于电路参数，能够把拉力传感器送来的共模信号差分放大100倍。

2、A/D模数转换模块

模数转换模块的核心是ICL7109A/D转换器，ICL7109是双积分型A/D转换器，数据输出为12位二进制数，分辨率高，抗干扰能力强。同时它与微处理器接口有很好的兼容性，其数据线、控制线能直接与微处理器总线相连。

3、CPU处理模块

CPU处理模块由微处理器、行列键盘(KEY）和液晶显示器(LCD)组成。采用89C51单片机作为测量仪的微处理器，这种单片机芯片内部带有4K电擦写式程序存贮器，集成度高，处理能力强。89C51以每秒30次的速度读取A/D转换器的采样数据并对数据进行处理。测量仪的工作方式、控制命令和一些运行参数由行列键盘输入，运行结果从液晶显示器输出。

三、软件设计

为了实现可靠测量制动力的目的，需要设计相应的测量软件。测量软件包括以下一些功能。

1、自检功能

插上电源，软件被启动，先运行自检程序。自检程序对测量仪的各个硬件进行扫描，检查硬件工作是否正常，传感器信号能否输入等。若测量仪工作正常，则在显示器显示“P——”，等待接收命令，否则报警并输出错误代码。

2、调零功能

拉力传感器在未受力时，其输出的差分信号（ΔV）不一定为零，而是一个常数，所以测量仪要具备调零功能，测量时的结果应该减去这一初始常数。调零功能使用如下：去掉加在拉力传感器两端的拉力，按“跟踪”键进入测量状态，这时显示的结果即为初始常数。按键盘上“调零”键，调零程序自动将测量结果减去初始常数，测量仪显示‘0’。

3、校正功能

测量仪使用一段时间后，拉力传感器的输出信号和放大器的信号处理会有微小的线性变化，即线性误差。为了保证制动力的测量精度，需要定期对测量仪进行校正，所以在软件中设计了校正功能。校正功能使用如下：按“跟踪”键进入测量状态。在拉力传感器上悬挂一定重量的物体(50～100kg为宜)，物体事先已称过重量，这时测量的结果应等于物体的重量，如果不相等，表明有线性误差存在，需进行校正。按键盘上的“校正”键，然后输入物体的实际重量，再按“确认”键，即实现了对测量仪的校正，校正参数自动保存在单片微机中。

4、测量

拉力传感器上下两端有螺纹孔，把吊环拧进去，将钢丝绳头穿进吊环用钢丝绳卡卡死，就可以在钢丝绳上施加拉力了，可以从微电脑上读数，功能强点的还可以打印数据。

做毕业设计不能闷头做，要学会与厂家沟通，假设你的产品之后要生产，以虚心的态度讨教知识，相信仪器生产厂家都会乐意解答你的问题。