消除弯矩影响的桥路连接方法

消除弯矩影响的桥路连接方法

定义

消除弯矩影响的桥路连接方法是一种通过合理布置应变片并组成差动电桥，使弯矩引起的应变在电桥输出中相互抵消，从而只提取轴向力应变的技术。

作用

在柱(筒)式力传感器中，由于加载偏心或侧向力不可避免会产生弯矩，导致应变片输出包含弯矩分量。通过桥路连接，可抑制弯矩干扰，提高力的测量准确度。

工程理解

应变片布置：在柱体表面沿轴向粘贴两个应变片（如R1、R3），沿周向粘贴两个应变片（如R2、R4），且轴向片对称贴在柱体相对两侧，周向片也对称。这样，当轴向力F作用时，所有应变片产生同向应变（轴向片拉应变，周向片压应变）；当弯矩M作用时，一侧的轴向片受拉应变（+\varepsilon_m），另一侧受压应变（-\varepsilon_m），周向片同理。

桥路连接：将四个应变片接成全桥，常用连接方式为：R1和R3相对臂，R2和R4相对臂；或相邻臂接入正负应变。例如，将R1和R3（轴向）接入相邻桥臂，使弯矩产生的应变在相邻臂符号相反，电桥输出为：
$U_o=\frac{U_i}{4}(\frac{\Delta R_1}{R_1}-\frac{\Delta R_3}{R_3}+\frac{\Delta R_2}{R_2}-\frac{\Delta R_4}{R_4})$
代入应变关系：轴向力应变\varepsilon_F，弯矩应变±\varepsilon_m，则
$\frac{\Delta R_1}{R_1}=K({\epsilon }_F+{\epsilon }_m),\frac{\Delta R_3}{R_3}=K({\epsilon }_F-{\epsilon }_m)$
周向片同样有抵消。最终输出中弯矩项相消，只剩轴向力应变。

关键点：必须保证应变片对称、桥路差动连接，并且各应变片温度系数匹配。实际中常采用温度自补偿应变片或增加温度补偿片。