柱筒式力传感器电阻应变片分布图

柱筒式力传感器电阻应变片分布图

柱(筒)式力传感器的弹性体通常为圆柱或圆筒形。应变片分布图的核心是合理安排轴向和周向应变片的位置与桥路连接。

定义：在弹性体表面粘贴电阻应变片，轴向应变片沿轴线方向粘贴，感受轴向正应变；周向应变片沿圆周方向粘贴，感受由泊松效应产生的负应变。

作用：

• 消除偏载和侧向力影响：在圆周上对称粘贴多组应变片（例如相对180°各贴一片），并将它们分别接入电桥的相邻桥臂，使弯矩引起的应变相互抵消。
• 温度补偿：相邻桥臂的应变片具有相同的温度特性，可自动补偿温度变化引起的电阻漂移。
• 提高灵敏度：采用全桥连接（四片或八片），输出信号是单片的四倍或更多。

工程理解：
轴向应变 ${\epsilon }_a=\frac{F}{A·E}$，周向应变 ${\epsilon }_c=-\nu {\epsilon }_a$，其中$F$为轴向力，$A$为横截面积，$E$为弹性模量，$\nu$为泊松比。

典型四片布片方式：在圆柱表面沿轴向粘贴两片相对180°的轴向应变片（$R_1$、$R_3$），沿周向粘贴两片相对180°的周向应变片（$R_2$、$R_4$）。接入全桥时，$R_1$与$R_3$相对，$R_2$与$R_4$相对，输出$U_o=\frac{U_i}{4}(\frac{\Delta R_1}{R_1}-\frac{\Delta R_2}{R_2}+\frac{\Delta R_3}{R_3}-\frac{\Delta R_4}{R_4})$。由于$\Delta R_1=\Delta R_3$（同号），$\Delta R_2=\Delta R_4$（异号），最终输出与$F$成正比。

分布图设计直接影响传感器的线性度、重复性和抗偏载能力，是实际应用中的关键环节。