力传感器在力学计量领域中具有重要地位,是质量特性参数(质量、质心、转动惯量和惯性矩)的基础。传统力传感器由于弹性敏感元件的非线性和信噪比问题,其精度难以突破0.02%。本文提出了一种采用电磁力杠杆机构的力平衡式传感器,改善传感器的非线性和信噪比问题以提高传感器精度。首先,通过对目前常用力平衡式传感器的工作原理进行分析,提出了本文研究的力平衡式传感器的工作原理及实现机制,并对传感器进行了机械结构设计,主要包括单点传感器和三点传感器的设计。其次,设计分析了用于产生电磁力的电磁铁。确定了电磁铁的结构参数,包括电磁铁结构形式的确定及线圈的设计。使用有限元软件ANSYS对电磁铁进行了仿真,初步得到电磁力与线圈电压之间的关系曲线,验证了F-U曲线的非线性。随后,对电磁铁的特性进行了分析,得出气隙和温度是影响F-U曲线非线性的主要原因,并提出采用分段线性拟合的方法解决F-U曲线的非线性问题。然后,设计了电磁力控制系统的硬件电路。采用直流斩波电路对电磁力进行控制。通过信号采集电路,利用压力传感器、温度传感器和霍尔电流传感器对传感器进行实时监测,使用TMS320F2812的EV模块产生PWM输出信号控制直流斩波电路。基于上述硬件设计了控制系统的软件,包括信号采集模块和PWM信号产生模块。最后,建立传感器实验台,进行了传感器重复性误差实验、位置误差实验及温度实验来验证传感器的静态特性。此外,对测量误差的来源进行了分析。