阻依顺时 针方向分别标记为Ri、R2、R3、R4，在不会混淆的情况下也用这些符号标记电阻所在电桥。每 个电桥上可以安放应变片的敏感栅或者电阻。与一般的应变片布置相同，如果在多个桥臂 上安置敏感栅，对各安置位置的次序、应变有定性的要求。无工件应变作用时，电桥的输出 电压公式为
[0061]
[0062] 此时，要求电桥平衡也就是11。= 0,于是必须满足所谓电桥平衡条件R此-私心二 〇,采用的电桥进一步满足
[0063] 札=R2=R3=R4,（5)因为，第一，满足条件（5)时，根据有关理论应变片灵敏度 最高；第二，测量应变或者应变横向偏导的方法均要求条件（5)成立。当应变片随外界应变 也发生应变时，上述电桥平衡条件一般不再成立，此时
[0064]
[0065] 由于AR' <Rji= 1，2,3,4)故第一个~成立，第二个~当ARfAR# 八私-八心同号或者异号但|ARfAR2|与|AR3-AR4|不十分接近时成立，在工程上合理选 择应变片安置位置完全可以实现。一般可用式（6)获取的电压测量应变；对应变横向偏导 可结合式（3)和式（6)，合理地设计安排各桥臂敏感栅和电阻，例如桥臂&布置中乙敏感栅 4,桥臂R2串联布置密乙敏感栅6和疏敏感栅2,其余桥臂配置等值电阻，可获得与密乙敏感 栅6中心偏下外侧AyB处应变横向一阶偏导呈线性关系的电压值Uc]，该电压为微弱信号需 进行放大。
[0066] 结合图4,说明如何在设计图2中的各敏感栅。图2中各敏感栅配有两种长度和轴 向起点不同、终点相同的敏感段，其主要目的在于将互为叉指的两个敏感栅的中心都能配 置到图2中的y轴上，原理见图4。图4中有两个敏感栅A和B的局部，A有A1和A2两种 敏感段，B有B1和B2两种敏感段。各尺寸见图4,其中d为工艺决定的尺寸，认为是定值； L= 21-x为A1和A2的总长，在设计图2中各敏感栅时，根据阻值比例和敏感段数目，可以 确定其值，故图4中也认为L已确定；图4中需要确定的量为1和X。由于A只有A1和A2 两种敏感段，并且二者的段数相同，故只要将一段A1与一段A2的共同中心配置到图4中的 y轴上即可。结合电阻值与长度的线性关系显然有如下方程组：
[0067]
^ γ ^
[0068] 其中第个式子左边的^指A1的中心偏移y轴的距尚，右边的---则为A2的 222 中心偏移y轴的距离。依照对称性，从上述式子可解出的1和X同样适用于B1和B2。进 而，应变片中各敏感栅的1和X可先由前期确定的敏感栅长度、比例关系、敏感段段数等先 确定L再结合工艺长度d而由式（7)解得。
【主权项】
1. 一种可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感栅中叉指金属应变 片，包括基底，其特征在于：所述金属应变片还包括五个敏感栅，每个敏感栅的两端分别连 接一根引脚，所述基底上固定所述五个敏感栅； 每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所述敏感段的两端为过渡段，所述敏感段呈细长条 形，所述过渡段呈粗短形，所述敏感段的电阻远大于所述过渡段的电阻，相同应变状态下所 述敏感段的电阻变化值远大于所述过渡段的电阻变化值，所述过渡段的电阻变化值接近于 0 ； 每个敏感段的所有横截面形心构成敏感段轴线，该敏感段轴线为一条直线段，所述五 个敏感栅中各敏感段的轴线平行并且位于同一平面中，敏感段轴线所确定平面内，沿所述 敏感段轴线方向即轴向，与轴向垂直的方向为横向；每个敏感段上存在其两侧电阻值相等 的一个横截面，取该截面形心位置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义 质点，各个敏感段的名义质点共同形成的质心位置为敏感栅的中心； 各敏感栅中心之间在轴向上无偏差，在横向上有偏差；各敏感栅按敏感栅中心位置的 顺序，沿横向从上至下依次为疏敏感栅、中甲敏感栅、中乙敏感栅、密甲敏感栅和密乙敏感 栅，疏敏感栅中心与中甲敏感栅中心之间距离为△yA，中甲敏感栅中心与密甲敏感栅中心 之间距离也为八7^疏敏感栅中心与中乙敏感栅中心之间距离为AyB，中乙敏感栅中心与 密乙敏感栅中心之间距离也为AyB，AyB>AyA;中甲敏感栅中心与中乙敏感栅中心的距 离为Ayi，密甲敏感栅中心与密乙敏感栅中心之间距离为2Ayi，Ayi=AyB-AyA; 各敏感段轴线所确定平面上，中部中甲敏感栅与中乙敏感栅之间呈叉指布置，下部密 甲敏感栅和密乙敏感栅之间呈叉指布置； 疏敏感栅、中甲敏感栅、中乙敏感栅、密甲敏感栅和密乙敏感栅的敏感段总电阻呈3 : 8 :8 :5 :5的比例关系，疏敏感栅、中甲敏感栅、中乙敏感栅、密甲敏感栅和密乙敏感栅的敏 感段在相同的应变下敏感段的总电阻变化值也呈3 :8 :8 :5 :5的比例关系。2. 如权利要求1所述的可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感栅 中叉指金属应变片，其特征在于：每个敏感段的所有横截面形状尺寸一致，取每个敏感段 的轴线中点位置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义质点，所述疏敏感 栅、中甲敏感栅、中乙敏感栅、密甲敏感栅和密乙敏感栅的敏感段总长度呈3 :8 :8 :5 :5的 比例关系。3. 如权利要求1或2所述的可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感 栅中叉指金属应变片，其特征在于：所述金属应变片还包括盖片，所述盖片覆盖于所述敏感 栅和基底上。4. 如权利要求1或2所述的可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感 栅中叉指金属应变片，其特征在于：所述敏感栅为丝式、箱式、薄膜式或厚膜式敏感栅。5. 如权利要求1或2所述的可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感 栅中叉指金属应变片，其特征在于：所述基底为胶膜基底、玻璃纤维基底、石棉基底、金属基 底或临时基底。6. 如权利要求1或2所述的可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感 栅中叉指金属应变片，其特征在于：所述五个敏感栅上、中、下布置在基底上。
【专利摘要】一种可测量单侧双偏置敏感栅外侧横向偏导的横向分布五敏感栅中叉指金属应变片，包括基底和固定其上的五个敏感栅，每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所有敏感段的轴线呈共面的平行直线；该平面内，沿轴线方向即轴向，与轴向垂直的方向为横向；五个敏感栅中心之间轴向无偏差且横向有偏差；各敏感栅按其中心位置顺序沿横向从上至下为疏敏感栅、中甲敏感栅、中乙敏感栅、密甲敏感栅和密乙敏感栅；中部两个、下边两个敏感栅之间分别呈叉指布置，各敏感栅在相同应变下总电阻变化值呈3：8：8：5：5。分时复用疏敏感栅，本发明可几乎同时测量密甲、密乙敏感栅中心下外侧至该中心间距等于该中心到中甲、中乙敏感栅中心间距处的应变横向一阶偏导。
【IPC分类】G01B7/16
【公开号】CN105387797
【申请号】CN201510883467
【发明人】张端
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月4日