應(yīng)變式載荷傳感器的靈敏度是由偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的剛度決定的,由測量量程決定其大小。當受力產(chǎn)生彎曲或張力時,箔式應(yīng)變計會產(chǎn)生相應(yīng)的撓曲變形,其電阻也隨之變化。例如,大部分應(yīng)變式載荷傳感器在達到滿量程輸出時,應(yīng)變片至少需要0.001到0.003英寸(25.4μm-76.2μm)的偏轉(zhuǎn)變形,這相當于100lb到10,000lb滿量程輸出時,各自只需0.03到6.7lbs/μin的剛度。
石英(二氧化硅,SiO2)壓電式力傳感器的硬度比應(yīng)變式載荷傳感器高一個數(shù)量級,作用在石英晶體上的壓力使晶體產(chǎn)生電荷輸出,而箔式應(yīng)變計則產(chǎn)生相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)(應(yīng)變),電荷輸出的單位為皮庫(pC)。用于制造各種尺寸壓/拉力傳感器的石英敏感元件的靈敏度通常為18pC/lb(4pC/N)。
壓電石英力傳感器能響應(yīng)作用在其身上的壓力,產(chǎn)生微小的應(yīng)變,并產(chǎn)生電荷輸出。其剛度約為6-100lbs/μin。該壓力使晶格極化,靜止狀態(tài)下晶格處于不對稱排列,如圖1所示,左邊的分子處于靜止狀態(tài),右邊的分子由于力的作用產(chǎn)生電極化。圖1所示在力的作用下,晶體產(chǎn)生了撓曲變形,但這是原子放大圖,實際的應(yīng)變約為百萬分之一英寸(0.05μm)。
晶體分子模型
圖左邊所示為分子在靜止狀態(tài),當施加力在上面后,晶格會極化。