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基于應(yīng)變片的力傳感器帶有一個(gè)所謂的 彈性體 或者 承載體，測(cè)量的力加載在其上面。

彈性體產(chǎn)生變形，并在其表面產(chǎn)生應(yīng)變。彈性體的作用是盡可能線性并高重復(fù)性地轉(zhuǎn)換力為應(yīng)變。

許多力傳感器的特性由材料和彈性體的結(jié)構(gòu)來(lái)決定。

傳感器的實(shí)際測(cè)量部件是 應(yīng)變片(SG), 其包括一個(gè)絕緣層, 通常稱基底，測(cè)量柵絲附在其上面。然后

應(yīng)變片被粘合到彈性體的合適的點(diǎn)上。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)采用4個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)被拉伸，另外兩個(gè)被壓縮。

四個(gè)應(yīng)變片被組成一個(gè)惠斯通電橋。如下圖所示，惠斯通電橋需要通過(guò)一個(gè)激勵(lì)電壓來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)四個(gè)電阻不同時(shí)，也就是當(dāng)應(yīng)變片的由應(yīng)變產(chǎn)生的電阻變化時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓。

基于應(yīng)變片的力傳感器的工作原理，采用扭環(huán)式傳感器(型號(hào): C18)

輸出信號(hào) 取決于應(yīng)變片的電阻變化，直接反應(yīng)作用力的大小。

應(yīng)變測(cè)量原理的優(yōu)勢(shì)

這種原理久經(jīng)驗(yàn)證，并且有多種優(yōu)勢(shì)，*重要的如下:

• 如果應(yīng)變電阻在同一方向，變化相同成都，電壓不會(huì)產(chǎn)生變化。這意味著很多寄生負(fù)載例如，

• 溫度對(duì)零點(diǎn)的影響，側(cè)向力影響等都可以進(jìn)行補(bǔ)償(見(jiàn)下圖)

• 測(cè)量原理能夠使力傳感器具有非常高的精度，并且成本低。

• 力傳感器的額定量程由彈性體的硬度決定。HBM 傳感器的額定量程從10 N 到 5 MN.

第一點(diǎn)非常重要，這意味著使用惠斯通電橋可以補(bǔ)償很多不必要的影響。溫度對(duì)零點(diǎn)的影響 (TKZero)

可以補(bǔ)償?shù)椒浅８叩乃?。即使溫度變化，也不?huì)有明顯的應(yīng)變產(chǎn)生。

圖 1: 溫度對(duì)應(yīng)變片的輸出信號(hào)影響

補(bǔ)償

溫度將會(huì)使4個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變信號(hào)（電阻）在相同方向和程度變化。因?yàn)閮蓚€(gè)正向應(yīng)變和兩個(gè)負(fù)

向應(yīng)變被列入等式，因此溫度將不會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)。

剩下微小的殘余誤差可以通過(guò)連接到惠斯通電橋上特殊的鎳金屬來(lái)進(jìn)行修正。

另外，應(yīng)變片需要進(jìn)行溫度對(duì)靈敏度的補(bǔ)償(TCS)。等溫度變化時(shí)，材料的 E 模量 將會(huì)降低，

導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)變。另外，應(yīng)變片的靈敏度依賴于溫度。在高溫狀況下電阻的補(bǔ)償將產(chǎn)生更大的壓降。

這將降低惠斯通電橋的輸出信號(hào)。

在負(fù)載狀態(tài)下，線性誤差 也將產(chǎn)生變化。這可以通過(guò)對(duì)彈性體材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及選擇精確

的測(cè)量點(diǎn)來(lái)完成。

圖 2 列出了補(bǔ)償方法的總結(jié)。除了以上描述的 TKzero 和 TCS，也可以通過(guò)調(diào)整對(duì)線性和靈敏度

進(jìn)行補(bǔ)償。

圖 2: TKzero 和 TCS 補(bǔ)償，以及對(duì)靈敏度和線性進(jìn)行調(diào)整。

應(yīng)變技術(shù)也可對(duì)機(jī)械影響進(jìn)行補(bǔ)償，例如彎矩和側(cè)向力。