力傳感器技術和工作原理

力傳感器是在受到力、壓力或機械應力時性質會改變的傳感器。多種技術可用于力傳感器的設計和制造。TE Connectivity (TE) 可針對需要高性能或獨特封裝的應用設計和制造力傳感器，其中包括醫(yī)療設備和器械。TE 的力傳感器基于專有的硅壓阻應變片 (Microfused) 技術，在極低成本的封裝中整合了耐用性和長期穩(wěn)定性。力傳感器用于包括輸液泵在內的各種醫(yī)療應用。醫(yī)療市場上的其他應用包括物理治療、醫(yī)院病床（患者體重）、吻合器、用于急救的心肺復蘇 (CPR) 輔助，以及氧氣罐監(jiān)測。

工作原理

壓阻效應被廣泛應用于傳感器技術中。壓阻效應是指當施加機械應變時半導體或金屬的電阻系數(shù)的變化。壓阻式力傳感器包含多個嵌入保護表面之間的薄硅晶片。這些表面連接到惠斯通電橋，惠斯通電橋是一種用于檢測電阻微小差異的設備�；菟雇�電橋會向傳感器傳遞少量電流。當電阻改變時，流經傳感器的電流也會改變�；菟雇�電橋可檢測到這種變化并報告壓力變化。我們專有的 TE Microfused 制造技術采用微機械加工硅壓阻式應變片，并通過高溫玻璃粘合工藝將其融合到高性能不銹鋼基質上。這一成熟而可靠的工藝已交付了數(shù)百萬個力傳感器，并且在各種醫(yī)療應用中都是一項經過驗證的技術。Microfused 技術徹底擺脫了傳統(tǒng)力傳感器中使用的容易老化的有機環(huán)氧樹脂，從而具有極好的量程和零點穩(wěn)定性。競爭對手常使用的充硅膠壓力腔設計會出現(xiàn)芯片引腳疲勞故障，但這種力傳感器直接測量力，因而避免了這種問題。Microfused 技術可確保極小的形變、不受限的產品生命周期、卓越的高分辨率、高頻響應和優(yōu)異的過載能力�？傮w而言，Microfused 力傳感器已在各種醫(yī)療設備中證明了其耐用性和可靠性。

圖 3 ：帶有惠斯通電橋和放大器的壓阻式力傳感器的示意圖

產品示例

我們給出了一些產品示例來說明工作原理 ：在 FS20 力傳感器（圖 4）中，傳感器頂部的圓片狀負載收集器承受由泵中的液體壓力引起的機械應力。金屬的負載收集器充當作用點。在額定負載下它會偏轉約 0.05 毫米。硅壓阻式應變片固定在負載收集器下方。當應變片由于負載收集器的彈性彎曲而承受應力時，應變片結構的電阻會發(fā)生變化。這種變化會在集成電路 (IC) 中進行處理，并反饋到輸出引線。傳感器的零位和變化范圍經過規(guī)范化，以確認傳感器的可互換性。FS20 型微型力傳感器充分組合了機電功能和經濟性，具有顯著優(yōu)勢。

圖 4 ：帶有壓阻式應變片的壓縮力傳感器的工作原理

符合 RoHS 的 FS20 傳感器有兩種版本，力量程分別高達 750 克和 1500克。該傳感器具有標準大信號輸出、低噪聲、低偏心誤差和高超量程功能（高達 2.5 倍）特性，結合快速準確的結果（量程的 ± 1 %）以及0° C 至 50° C 的溫度補償范圍，它是泵監(jiān)測的理想選擇。由于負載收集器的偏移非常小，因此該傳感器的生命周期基本不受限制。該傳感器的緊湊設計（25.1 x 17.27 x 8.26 毫米）使其可用于空間受限的各種應用，例如輸液泵和其他便攜式醫(yī)療應用。

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