应变式测力和称重传感器技术探究

应变式测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。弹性体是测力传感器的基础，应变计是传感器的核心。根据弹性体的结构形式的不同可分为柱式、梁式等。

1.柱式传感器

柱式传感器是称重（或测力）传感器应用较普遍的一种形式。圆柱式力传感器的弹性元件分为实心和空心两种，如图2-34所示。

在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。由于应变片沿圆周方向分布，所以非轴向载荷分量被补偿，在与轴线任意夹角的α方向，其应变为

式中 ε₁——沿轴向的应变；

μ——弹性元件的泊松比。

当α=0时

当α=90°时

式中 E——弹性元件的杨氏模量。(www.xing528.com)

图2-34 柱式传感器

a）圆柱 b）圆筒 c）实物

2.悬臂梁式传感器

悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹性梁及电阻应变计作敏感转换元件，组成全桥电路。当垂直正压力或拉力作用在弹性梁上时，电阻应变计随金属弹性梁一起变形，其应变使电阻应变计的阻值变化，因而应变电桥输出与拉力（或压力）成正比的电压信号。配以相应的应变仪，数字电压表或其他二次仪表，即可显示或记录重量（或力）。

悬臂梁有两种，一种为等截面梁，另一种为等强度梁。等截面梁就是悬臂梁的横截面处处相等的梁，如图2-35a所示。等强度梁的结构如图2-35b所示，它是一种特殊形式的悬臂梁。其特点是：沿梁长度方向的截面按一定规律变化，当集中力F作用在自由端时，距作用点任何距离截面上的应力相等。这种梁的优点是在长度方向上粘贴应变计的要求不严格。除等截面梁和等强度梁传感器外，还有剪切梁式传感器、两端固定梁传感器等。

图2-35 悬臂梁

a）等截面梁 b）等强度梁 c）实物

悬臂梁式传感器一般可测0.5kg以下的载荷，最小可测几十克重。悬臂梁式传感器也可达到很大的量程，如钢制工字悬臂梁结构传感器量程为0.2～30t，精度可达0.02%FS。悬臂梁式传感器具有结构简单、应变计容易粘贴、灵敏度高等特点。