一、概述 關(guān)于電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器（以下簡(jiǎn)稱“測(cè)力傳感器"）來(lái)說(shuō)，彈性體的構(gòu)造形狀與有關(guān)尺度對(duì)測(cè)力傳感器功能的影響極大?？梢哉f(shuō)，測(cè)力傳感器的功能主要取決于其彈性體的形狀及有關(guān)尺度。假如測(cè)力傳感器的彈性體規(guī)劃不合理，不管彈性體的加工精度多高、張貼的電阻應(yīng)變片的品質(zhì)多好，測(cè)力傳感器都難以到達(dá)較高的測(cè)力功能。因而，在測(cè)力傳感器的規(guī)劃過(guò)程中，對(duì)彈性體進(jìn)行合理的規(guī)劃至關(guān)主要。 彈性體的規(guī)劃根本歸于機(jī)械構(gòu)造規(guī)劃的規(guī)模，但因測(cè)力功能的需求，其構(gòu)造上與通常的機(jī)械零件和構(gòu)件有所不同。通常說(shuō)來(lái)，通常的機(jī)械零件和構(gòu)件只須滿意在滿足大的安全系數(shù)下的強(qiáng)度和剛度即可，對(duì)在受力條件下零件或構(gòu)件上的應(yīng)力散布狀況不用嚴(yán)厲請(qǐng)求。可是，關(guān)于彈性體來(lái)說(shuō)，除了需求滿意機(jī)械強(qiáng)度和剛度請(qǐng)求以外，有必要確保彈性體上張貼電阻應(yīng)變片部位（以下簡(jiǎn)稱“貼片部位"）的應(yīng)力（應(yīng)變）與彈性體接受的載荷（被測(cè)力）堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)；一起，為了進(jìn)步測(cè)力傳感器測(cè)力的靈敏度，還應(yīng)使貼片部位到達(dá)較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。 由此可見(jiàn)，在彈性體的規(guī)劃過(guò)程中有必要滿意以下兩項(xiàng)請(qǐng)求： ?。?）貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）應(yīng)與被測(cè)力堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)； （2）貼片部位應(yīng)具有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。 為了滿意上述兩項(xiàng)請(qǐng)求，在測(cè)力傳感器的彈性體規(guī)劃方面，經(jīng)常運(yùn)用“應(yīng)力會(huì)集"的規(guī)劃準(zhǔn)則，確保貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平較高，并與被測(cè)力堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)，以進(jìn)步所規(guī)劃測(cè)力傳感器的測(cè)力靈敏度和測(cè)力精度。 二、改善應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)矩散布的“應(yīng)力會(huì)集"準(zhǔn)則 在機(jī)械零件或構(gòu)件的規(guī)劃過(guò)程中，通常以為應(yīng)力（應(yīng)變）在零件或構(gòu)件上是規(guī)矩散布的，假如零件或構(gòu)件的截面形狀不發(fā)生改動(dòng)，不用思考應(yīng)力（應(yīng)變）散布不規(guī)矩的疑問(wèn)。本來(lái)，在機(jī)械零件或構(gòu)件的規(guī)劃中，關(guān)于應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)矩散布的疑問(wèn)并非不予思考，而是經(jīng)過(guò)強(qiáng)度核算中的安全系數(shù)將其包容在內(nèi)了。 關(guān)于測(cè)力傳感器來(lái)說(shuō)，它是經(jīng)過(guò)電阻應(yīng)變片丈量彈性體上貼片部位的應(yīng)變來(lái)丈量被測(cè)力的巨細(xì)。若要確保貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)，實(shí)踐上即是確保在測(cè)力傳感器受力時(shí)，彈性體上貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）要依照某一規(guī)則散布。在實(shí)踐運(yùn)用中，關(guān)于彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）散布影響較大的因素主要是彈性體受力條件的改動(dòng)。 彈性體受力條件的改動(dòng)是指當(dāng)彈性體受力的巨細(xì)不變時(shí)，力的作用點(diǎn)發(fā)生改動(dòng)或彈性體與其相鄰的加載構(gòu)件和承載構(gòu)件的觸摸條件發(fā)生改動(dòng)。假如在彈性體構(gòu)造規(guī)劃時(shí)，未能思考這一狀況，就可能形成彈性體上應(yīng)力（應(yīng)變）散布的不規(guī)矩改動(dòng)。這方面zui典型的實(shí)例是筒式測(cè)測(cè)力傳感器。 當(dāng)筒式測(cè)力傳感器上、下端面均勻受力時(shí)，在彈性體貼片部位的悉數(shù)圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的散布是均勻的。當(dāng)上、下兩個(gè)端面上受力狀況發(fā)生改動(dòng)后，力在兩個(gè)端面的作用狀況不再是均勻散布的，這時(shí)彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的散布狀況就難以預(yù)料了。假如筒式測(cè)力傳感器彈性體的高度與直徑之比滿足大，彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）根本上仍是均勻散布。可是，在實(shí)踐運(yùn)用中，通常很少能為測(cè)力傳感器提供較大的裝置空間方位，因而筒式測(cè)力傳感器彈性體的高度與直徑之比很難做到滿足大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）將不均勻散布，而且不均勻散布的狀況隨彈性體受力狀況的改動(dòng)而改動(dòng)。在這么的條件下，彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力不能堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)，將形成顯著的測(cè)力差錯(cuò)。
為了減小由于彈性體受力條件的改動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)力差錯(cuò)，有些傳感器規(guī)劃者采納在筒式測(cè)力傳感器彈性體上添加貼片數(shù)量的辦法，盡可能將彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）散布不均勻的狀況丈量出來(lái)。這么的處理辦法有必定的作用，可以減小彈性體受力條件的改動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)力差錯(cuò)。但這種辦法畢竟是一種被迫的辦法，添加的貼片數(shù)量老是有限的，仍是很難把彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）散布不均勻的狀況悉數(shù)丈量出來(lái)，測(cè)力差錯(cuò)減小的程度不夠明顯。
由于彈性體受力條件的改動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)力差錯(cuò)的實(shí)質(zhì)是彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)矩散布，假如能使彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）散布遭到必定條件的束縛，迫使貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）依照某一規(guī)則散布，因而使得彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力根本堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)，由此來(lái)減小因彈性體受力條件的改動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)力差錯(cuò)。 關(guān)于筒式測(cè)力傳感器來(lái)說(shuō)，在承載強(qiáng)度滿足的條件下，假如將彈性體貼片部位圓周上不貼片的部位挖空（見(jiàn)圖2），使得應(yīng)力只能在未挖空的部位散布，大大改善了應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)矩散布的狀況。或者說(shuō)，應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)矩散布只是限于未挖空的部位，而且其不規(guī)矩散布的程度不會(huì)很大。因而，在未挖空的部位張貼電阻應(yīng)變片，就能使測(cè)得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力根本堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)。 上述處理辦法實(shí)踐上出于這么一個(gè)原理：經(jīng)過(guò)某種措施，使彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）會(huì)集散布在便于貼片檢查的部位，完成測(cè)得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力根本堅(jiān)持嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)，以確保傳感器的測(cè)力精度。
作者曾用上述辦法對(duì)筒式測(cè)力傳感器進(jìn)行改善。改善前的通常筒式傳感器測(cè)力差錯(cuò)大于1% F.S.，改善后（部分挖空）的筒式傳感器測(cè)力差錯(cuò)為0.1~0.3%F.S.，測(cè)力精度顯著進(jìn)步。
三、進(jìn)步應(yīng)力（應(yīng)變）水平的應(yīng)力會(huì)集準(zhǔn)則 若要測(cè)力傳感器到達(dá)較高的靈敏度，通常應(yīng)當(dāng)使電阻應(yīng)變片有較高的應(yīng)變水平，即在彈性體上貼片部位應(yīng)當(dāng)有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。 完成彈性體上貼片部位到達(dá)較高應(yīng)力（應(yīng)變）水平有兩種常用的辦法： ?。?）全體減小彈性體的尺度，全面進(jìn)步彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）水平； ?。?）在貼片部位鄰近對(duì)彈性體進(jìn)行部分削弱，使貼片部位部分應(yīng)力（應(yīng)變）水平進(jìn)步，而彈性體其它部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平根本不變。 以上兩種辦法都可以進(jìn)步貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，但對(duì)彈性體全體功能而言，部分削弱彈性體的作用要遠(yuǎn)好于全體減小彈性體尺度。由于部分削弱彈性體既能進(jìn)步貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，又使得彈性體全體堅(jiān)持較高的強(qiáng)度和剛度，有利于進(jìn)步傳感器的功能和運(yùn)用作用。 部分削弱彈性體進(jìn)步貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）水平的原理是：經(jīng)過(guò)部分削弱彈性體，形成部分的應(yīng)力會(huì)集，使得應(yīng)力會(huì)集部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平顯著高于彈性體其它部位的應(yīng)力水平，將電阻應(yīng)變片張貼于應(yīng)力會(huì)集部位，就可以測(cè)得較高的應(yīng)變水平。 部分應(yīng)力（應(yīng)變）會(huì)集的辦法在測(cè)力傳感器的規(guī)劃中經(jīng)常被采用，尤其在梁式測(cè)力傳感器（如曲折梁式和剪切梁式測(cè)力傳感器）的彈性體規(guī)劃中被廣泛運(yùn)用。部分應(yīng)力（應(yīng)變）會(huì)集辦法運(yùn)用較為成功的當(dāng)數(shù)剪切梁式測(cè)力傳感器。剪切梁式測(cè)力傳感器是經(jīng)過(guò)檢查梁式彈性體上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）完成測(cè)力的，其彈性體的構(gòu)造如圖3所示（為了便于闡明疑問(wèn)，這兒僅以一簡(jiǎn)支梁式的彈性體為例）。 由材料力學(xué)中有關(guān)梁的應(yīng)力散布常識(shí)可知，當(dāng)梁接受橫向（曲折）載荷時(shí)，在梁的中性層處剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）zui大。假如要檢查梁上的剪應(yīng)變，應(yīng)當(dāng)在梁的中性層處貼片。為了進(jìn)步貼片處的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）水平，可將彈性體兩邊各挖一個(gè)盲孔（見(jiàn)圖3的2處），盲孔的基地應(yīng)在中性層處。電阻應(yīng)變片應(yīng)當(dāng)張貼在盲孔的底面上，即圖3中工字形斷面（A－A剖面）的腹板上。
關(guān)于梁形構(gòu)件來(lái)說(shuō)，其曲折強(qiáng)度是主要矛盾。在一個(gè)梁滿意曲折強(qiáng)度的狀況下，剪切強(qiáng)度通常裕量較大。當(dāng)在中性層鄰近挖盲孔后，該截面上腹板上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）顯著進(jìn)步，可是該截面上的曲折應(yīng)力進(jìn)步很小。因而，剪切梁式彈性體運(yùn)用部分應(yīng)力會(huì)集計(jì)劃后，被檢查的剪應(yīng)變大大進(jìn)步，使該測(cè)力傳感器的靈敏度明顯進(jìn)步，而對(duì)悉數(shù)梁的曲折強(qiáng)度影響很小，使悉數(shù)梁堅(jiān)持了杰出的強(qiáng)度和剛度。
四、小結(jié) 在測(cè)力傳感器的規(guī)劃過(guò)程中，如能自覺(jué)地依照上述兩種應(yīng)力會(huì)集的準(zhǔn)則，對(duì)彈性體進(jìn)行構(gòu)造規(guī)劃，就可以收到進(jìn)步測(cè)力傳感器的測(cè)力精度和測(cè)力靈敏度的杰出作用。靈敏、恰本地運(yùn)用應(yīng)力會(huì)集的準(zhǔn)則，關(guān)于規(guī)劃和生產(chǎn)高功能的測(cè)力傳感器具有主要的實(shí)用意義。 | 
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