称重传感器结构设计中压力应变片的应用：位置设计、分析方法与 BF350 选型要点

引言

称重传感器作为将物体重量转化为电信号的核心器件，已广泛应用于工业称重、物流运输、医疗设备、航空航天等领域。其测量精度、稳定性和可靠性直接取决于内部核心元件 —— 压力应变片的性能及安装设计。压力应变片通过感知弹性体的微小形变，将机械量转化为电学量，是称重传感器实现高精度测量的 “神经末梢”。

本文将从称重传感器的结构设计出发，深入剖析压力应变片的位置设计原理，系统介绍应变片位置的分析方法与测量原理，并以常用的 BF350 压力应变片为例，详细阐述其在设计应用中的注意事项。全文采用通俗易懂的语言，结合大量表格对比和实例分析，为工程设计人员、技术研发人员及相关爱好者提供全面的技术参考，助力提升称重传感器的设计水平与应用效果。

一、称重传感器的基本结构与压力应变片的作用

1.1 称重传感器的组成结构

称重传感器通常由弹性体、压力应变片、测量电路（ Wheatstone 电桥）、外壳及引线等部分组成，各部分协同工作实现重量到电信号的转换。其结构组成及功能如下表所示：

组成部分	功能描述	核心要求
弹性体	承受被测物体的重量并产生弹性形变，将重量转化为应变	高弹性极限、低滞后、良好的稳定性和抗疲劳性
压力应变片	粘贴在弹性体表面，将弹性体的应变转化为电阻变化	高灵敏度、良好的线性度、温度稳定性和抗干扰能力
测量电路	主要为 Wheatstone 电桥，将应变片的电阻变化转化为电压信号输出	低噪声、高共模抑制比、稳定的激励电压
外壳	保护内部元件免受外界环境（如灰尘、湿气、冲击）影响	密封性能好、机械强度高、轻量化
引线	连接测量电路与外部设备，传输电信号	低电阻、良好的绝缘性、抗干扰能力强

1.2 压力应变片的工作原理

压力应变片的工作基于金属的电阻应变效应：金属导体在受力变形时，其电阻值会发生变化。当应变片粘贴在弹性体上时，弹性体的形变会带动应变片同步形变，导致应变片的电阻值发生改变。

电阻应变效应的数学表达式为：

通过测量电阻的相对变化率，即可根据灵敏系数计算出弹性体的应变，进而结合弹性体的力学特性推算出所受的重量。

1.3 压力应变片在称重传感器中的核心作用

压力应变片是称重传感器的 “感知核心”，其性能直接决定了称重传感器的测量精度和可靠性。具体作用如下：

1. 信号转换：将弹性体的机械应变精准转化为电阻变化，实现非电学量到电学量的转换。
2. 信号放大基础：通过 Wheatstone 电桥电路，可将微小的电阻变化转化为可测量的电压信号，为后续信号处理提供基础。
3. 测量灵敏度保障：高灵敏度的应变片能捕捉到弹性体微小的形变，使称重传感器能实现高精度测量。

二、称重传感器结构设计中压力应变片的位置设计

压力应变片的位置设计是称重传感器结构设计的关键环节，直接影响测量精度、灵敏度和线性度。合理的位置应使应变片能最大程度地感知弹性体的有效应变，同时避免干扰应变（如弯曲、扭转等非轴向力产生的应变）的影响。

2.1 不同类型称重传感器的应变片位置设计

称重传感器的弹性体结构多样，常见的有梁式（如悬臂梁、简支梁）、柱式、环式、S 型等，不同结构的弹性体对应变片的位置设计要求不同。

2.1.1 梁式称重传感器

梁式称重传感器结构简单、成本低，适用于中低量程称重场景（如电子秤、平台秤），常见的有悬臂梁和简支梁两种。

类型	结构特点	应变片位置设计	设计原理
悬臂梁	一端固定，另一端承受载荷，受力后产生弯曲形变	粘贴在悬臂梁固定端附近的上下表面，且对称分布	悬臂梁固定端附近弯曲应变最大，上下表面应变方向相反（上表面受拉，下表面受压），对称粘贴可组成全桥电路，提高灵敏度和线性度
简支梁	两端支撑，中间承受载荷，受力后中间区域弯曲形变最大	粘贴在简支梁中间区域的上下表面，对称分布	简支梁中间区域弯曲应变最大，上下表面应变方向相反，对称粘贴应变片组成全桥电路，能有效捕捉应变信号，减少误差

以悬臂梁式称重传感器为例，其应变分布呈现固定端附近应变最大、自由端应变最小的特点。在固定端附近的上下表面粘贴应变片，可最大限度地感知弹性体的形变，同时避免边缘效应导致的应变不均匀问题。

2.1.2 柱式称重传感器

柱式称重传感器结构坚固、抗过载能力强，适用于高量程称重场景（如汽车衡、大型料斗秤），分为实心柱和空心柱两种。

类型	结构特点	应变片位置设计	设计原理
实心柱	圆柱形弹性体，轴向受力时产生轴向压缩或拉伸应变	沿圆柱表面周向均匀粘贴 4 片或 8 片应变片，组成全桥电路	轴向受力时，柱体表面产生均匀的轴向应变和径向应变，周向均匀粘贴可保证应变片受力一致，减少因应力分布不均导致的误差
空心柱	中空圆柱形弹性体，相比实心柱具有更高的灵敏度	粘贴在空心柱内壁或外壁的中间高度位置，沿周向均匀分布	空心柱中间高度位置应力分布最均匀，内壁和外壁应变方向相反（内壁受压，外壁受拉），合理分布应变片可组成全桥电路，提高测量灵敏度

柱式弹性体在轴向受力时，其表面应变分布以轴线为中心对称，因此应变片需沿周向均匀分布，确保在受力时各应变片的电阻变化一致，从而提高测量精度。

2.1.3 环式称重传感器

环式称重传感器结构紧凑、抗偏载能力强，适用于中等量程称重场景（如吊钩秤、皮带秤），常见的有圆环和方环两种。

类型	结构特点	应变片位置设计	设计原理
圆环	环形弹性体，受力时环的内侧和外侧产生应变	粘贴在圆环内侧和外侧的对称位置，内侧受拉区域和外侧受压区域各粘贴应变片	圆环受力时，内侧产生拉伸应变，外侧产生压缩应变，对称位置粘贴应变片可组成全桥电路，有效捕捉应变信号，抵抗偏载影响
方环	方形环状弹性体，性能与圆环类似，但加工更方便	粘贴在方环四个侧面的中间位置，两两对称	方环受力时，相对的两个侧面受拉，另外两个侧面受压，中间位置应变最大且均匀，对称粘贴应变片可提高测量精度

环式弹性体的应变分布具有明显的对称性，内侧和外侧（或不同侧面）应变方向相反，因此应变片需在对称位置成对粘贴，以充分利用应变差异，提高信号输出幅度。

2.1.4 S 型称重传感器

S 型称重传感器因外形呈 “S” 状而得名，具有良好的线性度和抗偏载能力，适用于拉力和压力测量（如材料试验机、配料秤）。

结构特点	应变片位置设计	设计原理
上下两端为安装孔，中间为形变梁，受力时中间梁产生弯曲形变	粘贴在中间形变梁的上下表面，且在对称位置分布	中间形变梁受力时，上表面受拉，下表面受压，对称位置的应变大小相等、方向相反，粘贴应变片组成全桥电路可获得较大的输出信号，线性度好

S 型弹性