力傳感器技術(shù)和工作原理

力傳感器是在受到力、壓力或機械應(yīng)力時性質(zhì)會改變的傳感器。多種技術(shù)可用于力傳感器的設(shè)計和制造。TE Connectivity (TE) 可針對需要高性能或獨特封裝的應(yīng)用設(shè)計和制造力傳感器，其中包括醫(yī)療設(shè)備和器械。TE 的力傳感器基于專有的硅壓阻應(yīng)變片 (Microfused) 技術(shù)，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(nèi)的各種醫(yī)療應(yīng)用。醫(yī)療市場上的其他應(yīng)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(fù)蘇 (CPR) 輔助，以及氧氣罐監(jiān)測。

工作原理

壓阻效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于傳感器技術(shù)中。壓阻效應(yīng)是指當(dāng)施加機械應(yīng)變時半導(dǎo)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(hù)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(shè)備。惠斯通電橋會向傳感器傳遞少量電流。當(dāng)電阻改變時，流經(jīng)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(shù)采用微機械加工硅壓阻式應(yīng)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(zhì)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(yīng)用中都是一項經(jīng)過驗證的技術(shù)。Microfused 技術(shù)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(shè)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(shù)可確保極小的形變、不受限的產(chǎn)品生命周期、卓越的高分辨率、高頻響應(yīng)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(shè)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(chǎn)品示例

我們給出了一些產(chǎn)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(fù)載收集器承受由泵中的液體壓力引起的機械應(yīng)力。金屬的負(fù)載收集器充當(dāng)作用點。在額定負(fù)載下它會偏轉(zhuǎn)約 0.05 毫米。硅壓阻式應(yīng)變片固定在負(fù)載收集器下方。當(dāng)應(yīng)變片由于負(fù)載收集器的彈性彎曲而承受應(yīng)力時，應(yīng)變片結(jié)構(gòu)的電阻會發(fā)生變化。這種變化會在集成電路 (IC) 中進(jìn)行處理，并反饋到輸出引線。傳感器的零位和變化范圍經(jīng)過規(guī)范化，以確認(rèn)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(jīng)濟性，具有顯著優(yōu)勢。

圖 4 ：帶有壓阻式應(yīng)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(dá) 750 克和 1500克。該傳感器具有標(biāo)準(zhǔn)大信號輸出、低噪聲、低偏心誤差和高超量程功能（高達(dá) 2.5 倍）特性，結(jié)合快速準(zhǔn)確的結(jié)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(fù)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(shè)計（25.1 x 17.27 x 8.26 毫米）使其可用于空間受限的各種應(yīng)用，例如輸液泵和其他便攜式醫(yī)療應(yīng)用。

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