力传感器：现代科技与社会生产的核心力量与未来发展趋势

​所谓力传感器，是一种能够将一个或多个力学量（如张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等）转化为电信号输出（如电压、电流、总线等）的器件。力传感器的主要组成部分包括力敏感元件、转换元件及处理单元。如今，力传感器已广泛用于现代科技与社会生产中的各个领域，如工程机械、农业机械、高空作业车、工业机器人、特种车辆等高标准机械设备。

在工程机械中，测力传感器作为核心安全部件，其准确性和可靠性对整个系统的性能至关重要。这种传感器不仅是力控系统的核心组件，其精度、稳定性和可靠性更是直接影响到测量系统的计量性能。

通用力传感器通常采用应变片作为敏感元件，这种电导体牢固地附着在基底上。当基底受到拉伸或压缩时，应变片会相应地变长或缩短，从而导致其电阻发生变化。这一原理被称为应变测量，通过检测应变片电阻的变化，可以确定其所受应变的大小。

四个应变片通常组成惠斯通电桥，由于它们与弹性体牢固地黏贴在一起，因此当弹性体变形时，应变片也会产生相同的变形，进而导致电阻变化。惠斯通电桥会输出这些变形信息，从而计算出作用在应变片上的力的大小。

力传感器能够与放大器、运算器以及其他物理量检测环节集成，通过有线、无线或总线传输模式，使用户能够直接读取或使用力值及其他物理量值变化。这种集成方式为高端机械设备提供了全面的安全保障。

在农业机械领域，近年来引进的各类拖拉机都装有不同类型的力传感器，用于力调节、位调节和力位综合调节。这些应用展示了机器作业的先进性和驾驶员操作的便捷性。

测力传感器是一种将非电量被测信号转换为电量输出的设备，主要由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源组成。在电阻应变片式测力传感器中，电路通常采用桥式结构，电阻作为转换元件，其阻值的变化最终以信号的形式输出。

由于电阻式测力传感器具有结构简单、线性和稳定性好、输出精度高等特点，在实际应用中得到了广泛重视。其敏感元件采用弹性测试元件，主体为弹性体。弹性体的结构形状和相关尺寸对测力传感器性能的影响显著。

测力传感器主要用于感知物体的重量、拉力、张力和扭力，并将这些信号传递给控制器，根据预设值触发后续动作。例如，旋挖钻机上安装的销轴式力传感器在钻杆触底保护方面发挥着重要作用，能够防止卷扬过放导致的钢丝绳乱绳及加压过大引发的断绳风险。当旋挖钻机进行打桩作业时，如果钻杆触底或加压过大，测力传感器会及时将力值变化反馈给控制器进行判断，并相应地控制钻机卷扬的收放或停止钻机工作，从而有效避免安全事故和设备损坏。

目前，我国机械工业规模已位居全球首位，但在自主创新能力、核心技术与关键零部件的自主可控方面仍存在较大提升空间。与国外技术相比，我国的力传感器技术尚存在一定的差距，特别是在微型及多维力智能传感器的技术水平上，国内外差距较为明显。

在力传感器市场上，我国目前仍主要依赖于HBM、托利多、ATI等进口品牌。尽管国内高端力传感器公司品牌相对较少，但对于这一领域来说，其未来发展潜力巨大，微型集成化与智能化将成为力传感器的重要发展方向和趋势。