电阻式力传感器

定义与组成

被测物理量为荷重或力的电阻式传感器统称为电阻式力传感器。应变电阻式力传感器由弹性元件、电阻应变片以及附件（如补偿元件、保护罩等）组成。

电阻应变片本身只能将应变直接转换成电阻变化。测量力、压力、加速度等物理量时，必须先由弹性元件把这些物理量转换成应变，再由电阻应变片按应变测量方法转换成电阻变化。因此弹性元件是完成“力→应变”这一中间转换的元件。

量程与基本要求

电阻式力传感器在载荷和力的测量中应用较多，量程一般从几克到几百吨。例如我国 BLR—1 型应变电阻式力传感器的量程在 0.1～100 t 之间。

对这类传感器的要求是：具有较高的灵敏度和稳定性；在受到侧向作用力或力的作用点发生轻微变化时，不应明显影响输出。

弹性元件类别

应变电阻式力传感器的弹性元件有柱（筒）式、环式、悬臂式等数种，此外还有轮辐式。

• 柱式：结构简单、紧凑，可承受很大载荷。按弹性体截面形状可分为方形截面、圆形截面、空心截面等。载荷很大时（如火箭发动机实验台架载荷可达数千吨）常用实心结构；载荷较小时，为增大柱的曲率半径、便于粘贴电阻应变片，往往使用空心筒式结构。
• 环式：多用于测量较大载荷。与柱式相比，它的应力分布有正有负，很容易接成差动电桥。
• 悬臂梁式：结构简单，加工容易，电阻应变片容易粘贴，灵敏度较高，适用于测量小载荷。
• 轮辐式：属于常见弹性元件结构之一。

柱（筒）式力传感器的贴片与桥路

柱式力传感器为实心的，筒式力传感器为空心的。电阻应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片。

弹性元件上电阻应变片的粘贴和桥路连接应尽可能消除载荷偏心和弯矩的影响：$R_1$ 和 $R_3$ 串接，$R_2$ 和 $R_4$ 串接，并置于桥路相对桥臂上以减小弯矩影响；横向贴片（$R_5$、$R_6$、$R_7$、$R_8$）主要作温度补偿用。

典型应用

• 触觉系统：机械臂触觉系统将输入的力 $F$ 转换为电压 $U$，再经模数转换传输至主控计算机。
• 汽车衡：路面下方嵌入车重传感器，上方有承载平台；传感器信号送至本地显示仪表，再连接计算机及打印机，并同步至远程显示器。
• 配料称重：A、B 两种液体分别经电动比例调节阀和膨胀节进入化学原料储液罐 A 和 B，两罐底部连通并流向反应塔；系统接收来自计算机的液面控制信号和混合比例信号，通过罐体下方的荷重传感器（每罐四只）配合支撑结构及支撑平台进行监测，构成称重与比例控制的反馈路径。