悬臂梁式力传感器

悬臂梁式力传感器

悬臂梁是一端固定、另一端自由的弹性敏感元件，其特点是结构简单、加工方便、应变片容易粘贴、灵敏度高，在较小力的测量中应用普遍。根据梁的截面形状不同，可分为变截面梁（等强度梁）和等截面梁。

等强度梁

等强度梁一端固定，另一端为三角形顶点，载荷 $F$ 作用在顶点上（保证等应变性）。梁内各断面产生的应力相等，表面上的应变也相等，与水平方向的贴片位置无关。等强度梁各点的应变值为

式中 $l$、$h$ 为梁的长度和厚度，$b$ 为梁宽，$E$ 为弹性模量。由于应变与纵向位置无关，应变片沿纵向的粘贴位置误差为零，但仍要求上下对应。

等截面梁

等截面悬臂梁在固定端附近的上下表面顺着长度 $l$ 方向粘贴应变片。受力时，若上表面受拉，则下表面受压，上下表面应变等幅反向。

应变片布置与电桥连接

单端固定梁：梁的一端固定，另一端受力 $F$，应变片 $R_1$、$R_4$ 粘贴在梁的同一侧表面。

双端固定梁：梁两端固定，中间受力 $F$，受力点处粘贴四个应变片，$R_1$、$R_4$ 位于梁的上表面，$R_2$、$R_3$ 位于梁的下表面。

差动测量改善线性度

半桥差动：$R_1$ 和 $R_2$ 均为应变电阻，受力 $F$ 作用时电阻变化量分别为 $\mathrm{\Delta }{R}_1$ 和 $-\mathrm{\Delta }{R}_2$。当 $R_1=R_2=R_3=R_4=R$ 且 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }{R}_2=\mathrm{\Delta }R$ 时，输出电压

该电路具有严格的线性关系，电桥灵敏度为单臂时的两倍，并具备温度补偿作用。

全桥差动：全部电阻均为应变电阻，需根据电阻变化的符号安排对应的桥臂。当 $R_1=R_2=R_3=R_4=R$ 且 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }{R}_2=\mathrm{\Delta }{R}_3=\mathrm{\Delta }{R}_4=\mathrm{\Delta }R$ 时，输出电压

此结构具有严格的线性关系，电桥灵敏度为单臂时的四倍，并具备温度补偿作用。

性能特点

梁式弹性元件制作的力传感器适于测 500N 以下的载荷，最小可测零点几牛的力。该结构具有结构简单、易加工、灵敏度高的特点。