力传感器技术和工作原理

力传感器是在受到力、压力或机械应力时性质会改变的传感器。多种技术可用于力传感器的设计和制造。TE Connectivity (TE) 可针对需要高性能或独特封装的应用设计和制造力传感器，其中包括医疗设备和器械。TE 的力传感器基于专有的硅压阻应变片 (Microfused) 技术，在极低成本的封装中整合了耐用性和长期稳定性。力传感器用于包括输液泵在内的各种医疗应用。医疗市场上的其他应用包括物理治疗、医院病床（患者体重）、吻合器、用于急救的心肺复苏 (CPR) 辅助，以及氧气罐监测。

工作原理

压阻效应被广泛应用于传感器技术中。压阻效应是指当施加机械应变时半导体或金属的电阻系数的变化。压阻式力传感器包含多个嵌入保护表面之间的薄硅晶片。这些表面连接到惠斯通电桥，惠斯通电桥是一种用于检测电阻微小差异的设备。惠斯通电桥会向传感器传递少量电流。当电阻改变时，流经传感器的电流也会改变。惠斯通电桥可检测到这种变化并报告压力变化。我们专有的 TE Microfused 制造技术采用微机械加工硅压阻式应变片，并通过高温玻璃粘合工艺将其融合到高性能不锈钢基质上。这一成熟而可靠的工艺已交付了数百万个力传感器，并且在各种医疗应用中都是一项经过验证的技术。Microfused 技术彻底摆脱了传统力传感器中使用的容易老化的有机环氧树脂，从而具有极好的量程和零点稳定性。竞争对手常使用的充硅胶压力腔设计会出现芯片引脚疲劳故障，但这种力传感器直接测量力，因而避免了这种问题。Microfused 技术可确保极小的形变、不受限的产品生命周期、卓越的高分辨率、高频响应和优异的过载能力。总体而言，Microfused 力传感器已在各种医疗设备中证明了其耐用性和可靠性。

图 3 ：带有惠斯通电桥和放大器的压阻式力传感器的示意图

产品示例

我们给出了一些产品示例来说明工作原理 ：在 FS20 力传感器（图 4）中，传感器顶部的圆片状负载收集器承受由泵中的液体压力引起的机械应力。金属的负载收集器充当作用点。在额定负载下它会偏转约 0.05 毫米。硅压阻式应变片固定在负载收集器下方。当应变片由于负载收集器的弹性弯曲而承受应力时，应变片结构的电阻会发生变化。这种变化会在集成电路 (IC) 中进行处理，并反馈到输出引线。传感器的零位和变化范围经过规范化，以确认传感器的可互换性。FS20 型微型力传感器充分组合了机电功能和经济性，具有显著优势。

图 4 ：带有压阻式应变片的压缩力传感器的工作原理

符合 RoHS 的 FS20 传感器有两种版本，力量程分别高达 750 克和 1500克。该传感器具有标准大信号输出、低噪声、低偏心误差和高超量程功能（高达 2.5 倍）特性，结合快速准确的结果（量程的 ± 1 %）以及0° C 至 50° C 的温度补偿范围，它是泵监测的理想选择。由于负载收集器的偏移非常小，因此该传感器的生命周期基本不受限制。该传感器的紧凑设计（25.1 x 17.27 x 8.26 毫米）使其可用于空间受限的各种应用，例如输液泵和其他便携式医疗应用。

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