一种环式拉压力传感器的原理解析

　　卓航精密偶然发现一张某环式拉压力传感器原理图。这显然是一种基于应变片的力传感器，由图可见弹性体产生变形，并在其表面产生应变。但一时却不知道这种结构的测量原理，于是就建立了一个简单模型来进行分析。桥路会采用4个应变片，两个被拉伸，另外两个被压缩。四个应变片被组成一个惠斯通电桥,通过一个激励电压来进行测量。当四个电阻不同时，也就是当应变片的由应变产生的电阻变化时，将产生一个输出电压。所以，从电桥原理上与应变天平没有太大区别，问题是这应该如何布置应变计?

　　按照图示，建立了 3D实体模型。建模过程非常简单，通过草图N个圆，然后拉伸再进行布尔加/减运算，2分钟模型就建立好了。

　　将模型导入ANSYS WB，设置材料，划分网格。

　　固定外框，并在内框施加5000N载荷，求解。

　　结构受压力变形后与原理图所示一致。如果通过弯曲测量，那么这样的位置可能并不适于粘贴应变计，因为这个空间并不容易打磨，除非扩大空间。原理图上应该进行了大量简化，因为这种结构的粘贴操作是很难实现的，即使去掉中间的竖直圆桶也很难操作。因此可能是基于另一种测量方式。

　　最可能是通过最大主应力与最小主应力测量。这样，贴片表面可能与轴线平行，操作起来就会容易得多。

　　于是卓航精密稍微改造了一下：把中部的圆柱去掉，然后挖几个圆洞用于粘贴应变计。

　　得到了下面的结构与结果，看起来不错，第一主应变和第三主应变达到近300微应变。采用两片半桥片(通常用于测量Mx的那种)就可以组成全桥了。但这只是原理罢了，在这种曲面上贴片也许对于贴片人员来说是一种挑战!

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