膜片式电阻压力传感器

结构与工作原理

膜片式电阻压力传感器用于测量流动介质（如液体、气体）的动态或静态压力，其弹性元件为周边固定的圆形膜片。被测压力 $p$ 经进压孔引入，作用于膜片一侧，使膜片产生弯曲变形。电阻应变片粘贴于膜片内壁，随膜片一同变形，其电阻变化经电桥转换为电压输出。

膜片应变分布

设膜片半径为 $R$、厚度为 $h$，材料弹性模量为 $E$、泊松比为 $\mu$，距膜片中心为 $x$ 处的径向应变 ${\epsilon }_{\mathrm{r}}$ 和切向应变 ${\epsilon }_{\mathrm{t}}$ 分别为

由以上两式可得膜片应变的分布规律：

1. 在膜片中心（$x=0$）处，径向应变与切向应变相等且均达到最大值：

1. 在膜片边缘（$x=R$）处，切向应变为零，径向应变极性发生反转，其数值为中心处最大值的两倍。

因此，膜片中心区域以受拉（或受压）应变为主，边缘区域径向应变与中心极性相反，切向应变在边缘趋于零。

应变片布置与全桥连接

基于上述应变分布，四片应变片按以下方式布置：

• 在膜片中心区域沿切向粘贴两片（如 $R_2$、$R_3$）；
• 在膜片边缘区域沿径向粘贴两片（如 $R_1$、$R_4$）。

四个应变片连接成惠斯通电桥，输入电压为 $U$，输出电压为 $U_0$。由于中心与边缘的应变极性相反，电桥相邻桥臂的电阻变化方向相反，从而在相同压力下获得更大的输出电压，提高灵敏度；同时，四片应变片处于同一温度环境，电桥的差动结构可对温度引起的电阻漂移进行补偿。