环式弹性元件差动电桥连接方式

环式弹性元件差动电桥连接方式

环式弹性元件差动电桥连接方式

定义

环式弹性元件（如圆环或扁环）在径向或轴向力作用下产生应变。将四片应变片粘贴在环的内外表面或对称位置，按差动电桥（全桥或半桥）方式连接，构成力传感器。当环受力时，相对两臂应变片电阻变化方向相反（一增一减），相邻两臂变化方向相同，从而电桥输出加倍。

作用

• 提高灵敏度：差动全桥输出电压是单臂电桥的4倍（理论最大值）。
• 温度补偿：相邻桥臂应变片处于相同温度环境，温度引起电阻变化相互抵消。
• 线性化：差动结构抵消了应变片的非线性，使输出与力近似线性。

工程理解

设环的应变ε，应变片灵敏度系数K，初始电阻R。在差动全桥中，相对桥臂应变方向相同，相邻桥臂应变方向相反。桥臂电阻变化为：

• R1 = R(1 + Kε)
• R2 = R(1 - Kε)
• R3 = R(1 - Kε)
• R4 = R(1 + Kε)

电桥输出电压：

（忽略高阶项，且假设初始平衡）

实际使用中，环式结构可设计为双孔梁、平行梁等变体，差动电桥连接能有效提取微应变信号，广泛用于称重、测力等场景。