应变片对称粘贴原则

应变片对称粘贴原则

定义

应变片对称粘贴原则是柱(筒)式力传感器设计中的关键工艺规范，要求将工作应变片和补偿应变片按对称位置粘贴在弹性体上，并合理组桥，以抵消非测量载荷（如弯矩、侧向力）和温度变化带来的误差。

作用

• 消除弯矩影响：当力作用点偏离轴线时，会产生附加弯矩。对称粘贴后，上下或左右应变片感受相反的应变，接入相邻桥臂后，弯矩信号相互抵消，仅保留轴向力信号。
• 温度补偿：将工作应变片与补偿应变片置于相同温度场中，通过电桥相邻臂差动输出，抵消温度引起的虚假应变。
• 提高灵敏度：采用全桥或半桥接法，输出信号为单臂的2或4倍，增强信噪比。

工程理解

以实心圆柱或空心筒为例，轴向力 $F$ 使弹性体产生轴向应变 ${\epsilon }_a=\frac{F}{AE}$（$A$ 为截面积，$E$ 为弹性模量），同时横向应变 ${\epsilon }_t=-\mu {\epsilon }_a$。

• 对称粘贴方式：沿轴向粘贴两片应变片 $R_1$ 和 $R_2$，对径放置；再沿横向粘贴两片 $R_3$ 和 $R_4$，亦对径放置。
• 组桥：将 $R_1$ 和 $R_2$ 接成相邻桥臂，$R_3$ 和 $R_4$ 接成另一相邻桥臂。轴向应变片感受 $+{\epsilon }_a$，横向应变片感受 $-\mu {\epsilon }_a$。输出电压为：

代入后得 $U_o=\frac{U_i}{4}K\left(2{\epsilon }_a\right(1+\mu \left)\right)$，弯矩产生的对称应变在相邻臂相减为零，温度变化引起的等值应变也在相邻臂抵消。

实际注意：粘贴位置必须严格对称，偏心量越大，对称要求越严；同时应保证应变片特性一致，引线布局对称，否则残余弯矩仍会造成零点漂移。