高精度力傳感器中應變計的布局優(yōu)化與橋路設計策略
應變計作為力傳感器的“神經末梢”，其布局與橋路設計直接決定了傳感器的核心性能：精度、靈敏度和穩(wěn)定性。要實現高精度測量，必須在這兩個關鍵環(huán)節(jié)上進行精密的協同優(yōu)化。
一、應變計的布局優(yōu)化：捕捉最真實的應力分布
布局優(yōu)化的核心原則是讓應變計感知彈性體最敏感、最純粹的應變信號。
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應力集中區(qū)域布局：通過有限元分析精準定位彈性體在受力后的最大應變區(qū)域。將應變計精確粘貼于這些“熱點”，例如懸臂梁的根部和扭矩軸的45度螺旋線上，可以獲取最強的信號輸出，顯著提升傳感器靈敏度。
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溫度補償與誤差抑制布局：巧妙利用布局本身抵消溫度影響。在電橋的相鄰橋臂上對稱粘貼特性一致的應變計，一枚感受拉應變，一枚感受壓應變。當溫度變化時，二者阻值變化相同，由于處于相鄰橋臂，其效應在電橋中相互抵消，從而有效抑制熱輸出。
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多維力解耦布局：針對復雜的多維力測量，需通過特定布局從物理層面分離各向分量。例如，在六維力傳感器中，通過在彈性梁的不同側面精心布置多個應變計組，并利用其輸出信號的組合關系，可以解耦出空間中的三個力與三個力矩，極大降低維間干擾。
二、橋路設計策略：從原始信號到精準輸出
布局獲取了原始信號，而橋路設計則是提煉和放大這些信號的關鍵。
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全橋電路的優(yōu)先應用：高精度傳感器普遍采用全橋電路。它將四個活躍應變計接入橋路，不僅能夠提供最高的輸出靈敏度，還能自動補償溫度變化，消除軸向力的彎曲效應，是提升精度和穩(wěn)定性的首選方案。
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智能橋臂配置：在無法布置四個活躍應變計的場合，采用半橋電路時，會用固定精密電阻補全橋臂。此時，會選擇具有與應變計相同溫度系數的“ dummy ” 補償片，粘貼在不感受應變的材料上，專門用于溫度補償，確保測量的準確性。
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線性度與輸出最大化設計：通過分析彈性體的受力形變，合理布置應變計的取向，使部分感受拉應變，部分感受壓應變。這樣，在電橋中它們阻值變化方向相反，產生的電壓變化是疊加關系，既增大了輸出信號，又改善了傳感器的線性度。
