基于LabVIEW的抽壳力测试系统设计+文献综述(3)
2 应变式力传感器的工作原理
95式5.8mm口径自动步枪的抽壳钩较其他较大口径的步枪来说面积非常小，无法直接在抽壳钩上粘贴应变片来实现变形量的测量。本设计中采用在抽壳钩所在的机头腰身位置粘贴4片应变片组成应变式测力传感器来实现抽壳力的测量。
应变式压力传感器是利用弹性敏感元件和应变片将被测压力转换为相应电阻值变化的压力传感器[7]。在测试时，将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定测量线路将这种电阻变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，即可测得试件受力产生的变形量的大小，从而得到试件的受力大小。
2.1 电阻应变式传感器的工作原理[8]
电阻应变片也称电阻应变计,简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的变形一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：
(2-1)
其中，R：应变片原电阻值Ω（欧姆）
ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）
K：比例常数(应变片常数)
ε：应变
这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。
2.2 应变式传感器的测量电路[9]
应变片将应变转换为电阻的变化，由于电阻的变化在数量值上很小，因此须采用高精度的测量电路—电桥测量电路，将其转化为电压的变化，这种测量电路不仅测量的准确度高，且可进行温度补偿。最常用的测量电路是图2-1所示的惠斯登电桥电路。
图2-1 惠斯登电桥
当电桥的四臂R1、R2、R3、R4皆产生电阻变化 R1、 R2、 R3、 R4时，输出电压为
(2-2)
由于 远小于 ，在分母中忽略 ，在分子中忽略 的高次项，又考虑电桥的初始是平衡的（即R1•R2=R3•R4），则输出电压为
(2-3)
对于等臂电桥，R1=R2=R3=R4=R，则上式可写成
(2-4)
由于 ,则（2-4）可写成
(2-5)
式（2-4）和式（2-5）即是电桥加减特性的表达式。由此可知电桥的加减特性是：
① 单臂工作：即只有一只电阻R产生 变化时，电桥输出电压
② 双臂工作：设R1产生正 的变化，与其相对的应变片R3产生负 的变化，且变化的绝对值相等，即 ，而R2、R4做温度补偿片，当温度发生变化时，产生的附加应变可相互抵消，此时电桥输出为
③四臂工作：设R1、R3产生正 的变化，R2、R4产生负 的变化，且变化的绝对值相等，即R1、R3产生正应变，R2、R4产生负应变，且应变的绝对值相等，则电桥的输出为
2.3 柱式应变式力传感器的工作原理[10]
应变式力传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。力传感器的种类很多，常用的测力传感器有：柱式力传感器、板式力传感器、梁式力传感器、环式力传感器及轮辐式力传感器。