力、力矩检测

1. 柱形或筒形弹性元件 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。 图1 柱形和筒形弹性元件组成的测力传感器 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εL为 用电阻应变仪测出的指示应变为 ε=2(1+μ)εL （4-21） 式中: ; p——作用于弹性元件上的载荷；  E——圆筒材料的弹性模量；  μ——圆筒材料的泊松系数；  A——筒体截面积,A=π(D1-D2) +2／4。其中,D1为筒体外径, D2为筒体内径。 2. 梁式弹性元件  （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。 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。 图2 悬臂梁式测力传感器示意图 若梁的自由端有一被测力p,则应变片感受的应变为 电桥输出为 USC=KεU 0 （4-23） 式中: ; l——应变计中心处距受力点距离；  b——悬臂梁宽度；  h——悬臂梁厚度；  E——悬臂梁材料的弹性模量；  K——应变计的灵敏系数。 （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的形式如图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 它的电桥输出与式（4-23）相同。 图3 两端固定式测力传感器示意图 （3） 梁式剪切弹性元件 与梁式弹性元件相比,它的线性好、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4所示。 图4 梁式剪切型测力传感器示意图 粘贴应变片处的应变与被测力p之间的关系近似为 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。 3. 扭矩测量 图5为电阻应变转矩传感器。应变片感受的应变与被测试件的扭矩MT的关系如下式： MT=2GWT （4-26） 式中: G=E/2（1+μ）为剪切弹性量； WT为抗扭截面模量,实心圆轴的WT=πD +3/16, 空心圆轴的WT=πD3(1-α +4)/16,α=d/D, d为空心圆柱内径,D为外径。  图5 转矩传感器示意图