环式力传感器结构

环式力传感器结构

环式力传感器由弹性圆环（或椭圆环）、电阻应变片和测量电路组成。弹性环是敏感元件，通常为金属材料（如合金钢），其结构参数（半径R、宽度b、厚度h）决定力学特性。四个应变片粘贴在环的特定位置：两个沿环的轴向布置于力作用点（顶部）和底部，另两个沿环的切向布置于水平直径两端。当外力F沿环轴线作用时，环发生弹性变形，顶部和底部产生弯曲应变，水平直径两端产生拉伸/压缩应变。根据材料力学，环上应变分布为：顶部内侧受拉（正应变）、外侧受压（负应变）；水平直径两端内侧受压、外侧受拉。应变片接成全桥电路（相邻桥臂应变符号相反，相对桥臂相同），输出电压Uo与力F成正比：$U_o=\frac{1}{2}{U}_{i}K\epsilon$，其中Ui为供桥电压，K为应变片灵敏系数，ε为应变绝对值。工程设计中需考虑环的线性范围、固有频率及温度补偿。通过调整环的尺寸可改变量程和灵敏度。