横向贴片的工作原理

横向贴片的工作原理

定义

横向贴片是电阻应变式传感器中一种特殊的贴片方式，其敏感栅方向与被测主应变方向垂直。在测量电路中，它通常与纵向（主应变方向）贴片组成半桥或全桥电路，主要目的是进行温度补偿。

作用

电阻应变片的电阻变化由两部分组成：

• 应变效应产生的电阻变化：$\Delta R_{\epsilon }=R_{0}K\epsilon$
• 温度变化产生的电阻变化：$\Delta R_T=R_0\alpha \Delta T$

其中$R_0$为初始电阻，$K$为应变灵敏度系数，$\epsilon$为应变，$\alpha$为电阻温度系数，$\Delta T$为温度变化。

纵向贴片同时感受应变和温度，其总电阻变化为$\Delta R_{\text{parallel}}=R_{0}K\epsilon +R_0\alpha \Delta T$。
横向贴片由于垂直于主应变，其应变方向上的应变为泊松效应产生的横向应变（通常很小或可忽略），但温度效应依然存在。因此，横向贴片的电阻变化近似为$\Delta R_{\text{perp}}\approx R_0\alpha \Delta T$（忽略横向应变影响）。

将纵向片和横向片接入电桥的相邻桥臂（例如半桥），输出电压为两桥臂电阻变化之差。若两片具有相同的$R_0$和$\alpha$，则温度项相互抵消，输出仅与纵向应变相关：$\Delta U_{out}\propto (\Delta R_{\text{parallel}}-\Delta R_{\text{perp}})\approx R_{0}K\epsilon$。

工程理解

在实际应用中，横向贴片并不是完全不受应变影响。由于泊松效应，主应变会在垂直方向产生横向应变${\epsilon }_{\text{perp}}=-\nu \epsilon$（$\nu$为泊松比），因此横向片也会感受到一部分应变，其电阻变化实际为$\Delta R_{\text{perp}}=R_{0}K(-\nu \epsilon )+R_0\alpha \Delta T$。此时电桥输出为$\Delta U_{out}\propto R_{0}K\epsilon (1+\nu )$，虽然引入了因子$(1+\nu )$，但温度误差依然被消除。因此，横向贴片是一种有效的温度补偿手段，尤其适用于动态测量或温度变化较大的场合。