|
测力、力矩传感器按其量程大小和测量精度不同而有很多规格品种，它们的主要差别是弹性元件的结构形式不同，以及应变片在弹性元件上粘贴的位置不同。常见的弹性元件有柱形、筒形、环形、梁式和轮辐式等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 1、柱形或筒形弹性元件 本文来自www.eadianqi.com 如图1所示，这种弹性元件结构简单，可承受较大的载荷，常用于测量较大力的拉（压）力传感器中，但其抗偏心载荷和测向力的能力差，制成的传感器高度大，应变片在柱形和筒形弹性元件上的粘贴位置及接桥方法如图1所示。这种接桥方法能减少偏心载荷引起的误差，且能增加传感器的输出灵敏度。 本文来自www.eadianqi.com
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 图1 柱形和筒形弹性元件组成的测力传感器 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
若在弹性元件上施加一压力P，则筒形弹性元件的轴向应变 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
用电阻应变仪测出的指示应变为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
本文来自www.eadianqi.com 式中 P——作用于弹性元件上的载荷； 本文来自www.eadianqi.com E——圆筒材料的弹性模量； 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
自动控制网www.eadianqi.com版权所有
A——筒体截面积， 本文来自www.eadianqi.com
2、梁式弹性元件 本文来自www.eadianqi.com （1）悬臂梁式弹性元件 它的特点是结构简单、容易加工、粘贴应变片方便、灵敏度较高，适用于测量小载荷的传感器中。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 图2所示为一截面悬臂梁弹性元件，在其同一截面正反两面粘贴应变片，组成差动工作形式的电桥输出。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
若梁的自由端有一被测力P，则应变片感受的应变为 本文来自www.eadianqi.com
本文来自www.eadianqi.com 电桥输出为 本文来自www.eadianqi.com
式中L——应变计中心处距受力点距离； 本文来自www.eadianqi.com
b——悬臂梁宽度； 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 h——悬臂梁厚度； 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
E——悬臂梁材料的弹性模量； 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
K——应变计的灵敏系数。 本文来自www.eadianqi.com
（2）两端固定梁 这种弹性元件的结构形状、参数以及应变片粘贴组成桥形式如图3所示。它的悬臂梁刚度大，抗侧向能力强。粘贴应变片感受应变与被测力P之间的关系为 本文来自www.eadianqi.com
它的电桥输出与式（4）相同。 本文来自www.eadianqi.com
图3 悬臂梁式测力传感器示意图 本文来自www.eadianqi.com
自动控制网www.eadianqi.com版权所有 图4 两端固定式测力传感器示意图 本文来自www.eadianqi.com （3）梁式剪切弹性元件 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 这种弹性元件的结构与普通梁式弹性元件基本相同，只是应变片粘贴位置不同。应变片受的应变只与梁所承受的剪切力有关，而与弯曲应力无关。因此，无论是拉伸还是压缩载荷，灵敏度相同，适用于同时测量拉力和压力的传感器。此外，它与梁式弹性元件相比线性好、抗偏心载荷和侧向力的能力大，其结构和粘贴应变片的位置如图5所示。 本文来自www.eadianqi.com
图5 梁式剪切型策测力感器示意图 本文来自www.eadianqi.com
应变片一般粘贴在矩形截面梁中间盲孔的两侧，与梁的中性轴成
自动控制网www.eadianqi.com版权所有
式中 G为弹性元件的剪切模量；b和h为粘贴应变片处梁截面的宽度和高度。 本文来自www.eadianqi.com
3、扭矩测量 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
图6所示为电阻应变转矩传感器。它的弹性元件是一个与被测转矩的轴相连的转轴，转轴上贴有与轴线成
式中 G=E/2（1+
本文来自www.eadianqi.com
图6 转矩传感器示意图 本文来自www.eadianqi.com 由于检测对象是旋转运动的轴，因此应变片的电阻变化信号要通过集流装置引出才能进行测量，转矩传感器已将集流装置安装在内部，所以只需将传感器直接相联就能测量转轴的转矩，使用非常方便。 本文来自www.eadianqi.com |
为 
（1） 
（2） 
——圆筒材料的泊松系数； 
（
为筒体外径，
为简体内径）。 
（3） 
（4） 
（5） 本文来自www.eadianqi.com 
方向上。该处的截面为工字形，使剪切应力在截面上的分布比较均匀，且数值较大。粘贴应变片处的应变与被测力P之间的关系近似为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 
（6） 
的关系如下式： 本文来自www.eadianqi.com 
（7） 本文来自www.eadianqi.com 
为抗扭截面模量，实心圆轴
，空心圆轴
，d为空心圆柱内径，D为外径。 本文来自www.eadianqi.com 