中心議題：

• 測力傳感器設計原則

解決方案：

• 彈性體受力條件的變化
• 減小受力條件的變化引起的測力誤差

對於電阻應變片式測力傳感器（以下簡稱“測力傳感器”）laishuo，danxingtidejiegouxingzhuangyuxiangguanchicunduicelichuanganqixingnengdeyingxiangjida。keyishuo
，celichuanganqidexingnengzhuyaoqujueyuqidanxingtidexingzhuangjixiangguanchicun。ruguocelichuanganqidedanxingtishejibuheli，wulundanxingtidejiagongjingduduogao
、zhantiededianzuyingbianpiandepinzhiduohao，celichuanganqidounanyidadaojiaogaodecelixingneng。yinci，zaicelichuanganqideshejiguochengzhong，duidanxingtijinxinghelideshejizhiguanzhongyao。
　　
彈dan性xing體ti的de設she計ji基ji本ben屬shu於yu機ji械xie結jie構gou設she計ji的de範fan圍wei，但dan因yin測ce力li性xing能neng的de需xu要yao，其qi結jie構gou上shang與yu普pu通tong的de機ji械xie零ling件jian和he構gou件jian有you所suo不bu同tong。一yi般ban說shuo來lai，普pu通tong的de機ji械xie零ling件jian和he構gou件jian隻zhi須xu滿man足zu在zai足zu夠gou大da的de安an全quan係xi數shu下xia的de強qiang度du和he剛gang度du即ji可ke，對dui在zai受shou力li條tiao件jian下xia零ling件jian或huo構gou件jian上shang的de應ying力li分fen布bu情qing況kuang不bu必bi嚴yan格ge要yao求qiu。然ran而er
，對dui於yu彈dan性xing體ti來lai說shuo，除chu了le需xu要yao滿man足zu機ji械xie強qiang度du和he剛gang度du要yao求qiu以yi外wai，必bi須xu保bao證zheng彈dan性xing體ti上shang粘zhan貼tie電dian阻zu應ying變bian片pian部bu位wei（以下簡稱“貼片部位”）的應力（應變）與彈性體承受的載荷（被測力）保持嚴格的對應關係；同時
，為了提高測力傳感器測力的靈敏度，還應使貼片部位達到較高的應力（應變）水平。
　　
由此可見，在彈性體的設計過程中必須滿足以下兩項要求：
　　（1）貼片部位的應力（應變）應與被測力保持嚴格的對應關係
；
　　（2）貼片部位應具有較高的應力（應變）水平。
　　
為了滿足上述兩項要求，在測力傳感器的彈性體設計方麵
，經常應用“應力集中”的設計原則

，確保貼片部位的應力（應變）水平較高
，並與被測力保持嚴格的對應關係，以提高所設計測力傳感器的測力靈敏度和測力精度。
　　
改善應力（應變）不規則分布的“應力集中”原則
　　
在機械零件或構件的設計過程中，通常認為應力（應變）在零件或構件上是規則分布的
，如果零件或構件的截麵形狀不發生變化，不必考慮應力（應變）分布不規則的問題。其實
，在機械零件或構件的設計中，對於應力（應變）不規則分布的問題並非不予考慮，而是通過強度計算中的安全係數將其包容在內了。
　　
對於測力傳感器來說，它是通過電阻應變片測量彈性體上貼片部位的應變來測量被測力的大小。若要保證貼片部位的應力（應變）與被測力保持嚴格的對應關係，實際上就是保證在測力傳感器受力時
，彈性體上貼片部位的應力（應變）要按照某一規律分布。在實際應用中，對於彈性體貼片部位應力（應變）分布影響較大的因素主要是彈性體受力條件的變化。
　　
彈dan性xing體ti受shou力li條tiao件jian的de變bian化hua是shi指zhi當dang彈dan性xing體ti受shou力li的de大da小xiao不bu變bian時shi，力li的de作zuo用yong點dian發fa生sheng變bian化hua或huo彈dan性xing體ti與yu其qi相xiang鄰lin的de加jia載zai構gou件jian和he承cheng載zai構gou件jian的de接jie觸chu條tiao件jian發fa生sheng變bian化hua。如ru果guo在zai彈dan性xing體ti結jie構gou設she計ji時shi，未wei能neng考kao慮lv這zhe一yi情qing況kuang，就jiu可ke能neng造zao成cheng彈dan性xing體ti上shang應ying力li（應變）分布的不規則變化。這方麵最典型的實例是筒式測力傳感器。
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當筒式測力傳感器上、下端麵均勻受力時
，在彈性體貼片部位的整個圓周上應力（應變）的分布是均勻的。當上、下兩個端麵上受力情況發生變化後
，力在兩個端麵的作用情況不再是均勻分布的

，這時彈性體貼片部位圓周上應力（應變）的分布情況就難以預料了。如果筒式測力傳感器彈性體的高度與直徑之比足夠大，彈性體貼片部位圓周上的應力（應變）jibenshanghaishijunyunfenbu。danshi，zaishijiyingyongzhong
，tongchanghenshaonengweicelichuanganqitigongjiaodadeanzhuangkongjianweizhi，yinertongshicelichuanganqidanxingtidegaoduyuzhijingzhibihennanzuodaozugouda，danxingtitiepianbuweiyuanzhoushangyingli（應變）將不均勻分布，而且不均勻分布的情況隨彈性體受力情況的變化而改變。在這樣的條件下，彈性體貼片部位的應力（應變）與被測力不能保持嚴格的對應關係
，將造成明顯的測力誤差。
　　
為wei了le減jian小xiao由you於yu彈dan性xing體ti受shou力li條tiao件jian的de變bian化hua引yin起qi的de測ce力li誤wu差cha
，有you些xie傳chuan感gan器qi設she計ji者zhe采cai取qu在zai筒tong式shi測ce力li傳chuan感gan器qi彈dan性xing體ti上shang增zeng加jia貼tie片pian數shu量liang的de方fang法fa
，盡jin可ke能neng將jiang彈dan性xing體ti上shang貼tie片pian部bu位wei圓yuan周zhou上shang應ying力li（應變）分(fen)布(bu)不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)情(qing)況(kuang)測(ce)量(liang)出(chu)來(lai)。這(zhe)樣(yang)的(de)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)有(you)一(yi)定(ding)的(de)效(xiao)果(guo)，可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)彈(dan)性(xing)體(ti)受(shou)力(li)條(tiao)件(jian)的(de)變(bian)化(hua)引(yin)起(qi)的(de)測(ce)力(li)誤(wu)差(cha)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)畢(bi)竟(jing)是(shi)一(yi)種(zhong)被(bei)動(dong)的(de)方(fang)法(fa)，增(zeng)加(jia)的(de)貼(tie)片(pian)數(shu)量(liang)總(zong)是(shi)有(you)限(xian)的(de)
，還(hai)是(shi)很(hen)難(nan)把(ba)彈(dan)性(xing)體(ti)上(shang)貼(tie)片(pian)部(bu)位(wei)圓(yuan)周(zhou)上(shang)應(ying)力(li)（應變）分布不均勻的情況全部測量出來，測力誤差減小的程度不夠顯著。
　　
由於彈性體受力條件的變化引起的測力誤差的實質是彈性體貼片部位圓周上的應力（應變）的不規則分布
，如果能使彈性體貼片部位圓周上的應力（應變）分布受到一定條件的約束，迫使貼片部位的應力（應變）按照某一規律分布，因而使得彈性體貼片部位的應力（應變）與被測力基本保持嚴格的對應關係，由此來減小因彈性體受力條件的變化引起的測力誤差。
　　
對(dui)於(yu)筒(tong)式(shi)測(ce)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)說(shuo)
，在(zai)承(cheng)載(zai)強(qiang)度(du)足(zu)夠(gou)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)
，如(ru)果(guo)將(jiang)彈(dan)性(xing)體(ti)貼(tie)片(pian)部(bu)位(wei)圓(yuan)周(zhou)上(shang)不(bu)貼(tie)片(pian)的(de)部(bu)位(wei)挖(wa)空(kong)
，使(shi)得(de)應(ying)力(li)隻(zhi)能(neng)在(zai)未(wei)挖(wa)空(kong)的(de)部(bu)位(wei)分(fen)布(bu)，大(da)大(da)改(gai)善(shan)了(le)應(ying)力(li)（應變）不規則分布的情況。或者說，應力（應變）的不規則分布僅僅限於未挖空的部位，並且其不規則分布的程度不會很大。因此，在未挖空的部位粘貼電阻應變片，就能使測得的應力（應變）與被測力基本保持嚴格的對應關係。
　　
上述處理方法實際上出於這樣一個原理：通過某種措施，使彈性體上的應力（應變）集中分布在便於貼片檢測的部位，實現測得的應力（應變）與被測力基本保持嚴格的對應關係

，以保證傳感器的測力精度。
作者曾用上述方法對筒式測力傳感器進行改進。改進前的普通筒式傳感器測力誤差大於1%F.S.
，改進後（局部挖空）的筒式傳感器測力誤差為0.1~0.3%F.S.，測力精度明顯提高。
　　
提高應力（應變）水平的應力集中原則
　　
若要測力傳感器達到較高的靈敏度，通常應該使電阻應變片有較高的應變水平，即在彈性體上貼片部位應該有較高的應力（應變）水平。
　　
實現彈性體上貼片部位達到較高應力（應變）水平有兩種常用的方法：
　　（1）整體減小彈性體的尺寸，全麵提高彈性體上的應力（應變）水平；
　　（2）在貼片部位附近對彈性體進行局部削弱
，使貼片部位局部應力（應變）水平提高，而彈性體其它部位的應力（應變）水平基本不變。
　　
以上兩種方法都可以提高貼片部位的應力（應變）水平，但對彈性體整體性能而言，局部削弱彈性體的效果要遠好於整體減小彈性體尺寸。因為局部削弱彈性體既能提高貼片部位的應力（應變）水平
，又使得彈性體整體保持較高的強度和剛度，有利於提高傳感器的性能和使用效果。
　　
局部削弱彈性體提高貼片部位應力（應變）水平的原理是：通過局部削弱彈性體，造成局部的應力集中
，使得應力集中部位的應力（應變）水平明顯高於彈性體其它部位的應力水平
，將電阻應變片粘貼於應力集中部位，就可以測得較高的應變水平。
　　
局部應力（應變）集中的方法在測力傳感器的設計中經常被采用，尤其在梁式測力傳感器（如彎曲梁式和剪切梁式測力傳感器）的彈性體設計中被廣泛應用。局部應力（應變）集中方法應用較為成功的當數剪切梁式測力傳感器。剪切梁式測力傳感器是通過檢測梁式彈性體上的剪應力（剪應變）實現測力的。
　　
由材料力學中有關梁的應力分布知識可知，當梁承受橫向（彎曲）載荷時，在梁的中性層處剪應力（剪應變）最大。如果要檢測梁上的剪應變，應該在梁的中性層處貼片。為了提高貼片處的剪應力（剪應變）水平
，可將彈性體兩側各挖一個盲孔
，盲孔的中心應在中性層處。電阻應變片應該粘貼在盲孔的底麵上，即工字形斷麵的腹板上。
　　
對(dui)於(yu)梁(liang)形(xing)構(gou)件(jian)來(lai)說(shuo)
，其(qi)彎(wan)曲(qu)強(qiang)度(du)是(shi)主(zhu)要(yao)矛(mao)盾(dun)。在(zai)一(yi)個(ge)梁(liang)滿(man)足(zu)彎(wan)曲(qu)強(qiang)度(du)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，剪(jian)切(qie)強(qiang)度(du)一(yi)般(ban)裕(yu)量(liang)較(jiao)大(da)。當(dang)在(zai)中(zhong)性(xing)層(ceng)附(fu)近(jin)挖(wa)盲(mang)孔(kong)後(hou)，該(gai)截(jie)麵(mian)上(shang)腹(fu)板(ban)上(shang)的(de)剪(jian)應(ying)力(li)（剪應變）明(ming)顯(xian)提(ti)高(gao)

，然(ran)而(er)該(gai)截(jie)麵(mian)上(shang)的(de)彎(wan)曲(qu)應(ying)力(li)提(ti)高(gao)很(hen)小(xiao)。因(yin)此(ci)，剪(jian)切(qie)梁(liang)式(shi)彈(dan)性(xing)體(ti)應(ying)用(yong)局(ju)部(bu)應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)方(fang)案(an)後(hou)，被(bei)檢(jian)測(ce)的(de)剪(jian)應(ying)變(bian)大(da)大(da)提(ti)高(gao)，使(shi)該(gai)測(ce)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)，而(er)對(dui)整(zheng)個(ge)梁(liang)的(de)彎(wan)曲(qu)強(qiang)度(du)影(ying)響(xiang)很(hen)小(xiao)
，使(shi)整(zheng)個(ge)梁(liang)保(bao)持(chi)了(le)良(liang)好(hao)的(de)強(qiang)度(du)和(he)剛(gang)度(du)。

在(zai)測(ce)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，如(ru)能(neng)自(zi)覺(jiao)地(di)按(an)照(zhao)上(shang)述(shu)兩(liang)種(zhong)應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)的(de)原(yuan)則(ze)，對(dui)彈(dan)性(xing)體(ti)進(jin)行(xing)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)，就(jiu)能(neng)夠(gou)收(shou)到(dao)提(ti)高(gao)測(ce)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)力(li)精(jing)度(du)和(he)測(ce)力(li)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)良(liang)好(hao)效(xiao)果(guo)。靈(ling)活(huo)、恰當地運用應力集中的原則，對於設計和生產高性能的測力傳感器具有重要的實用意義。