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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。一般來說，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一個(gè)激勵(lì)電壓來進(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連接到惠斯通電橋上特殊的鎳金屬來進(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。