對于電阻應(yīng)變片式測力傳感器，彈性體的結(jié)構(gòu)形狀和相關(guān)尺寸對測力傳感器的性能影響很大?？梢哉f，測力傳感器的性能主要取決于其彈性體的形狀和相關(guān)尺寸。如果測力傳感器的彈性體設(shè)計不合理，無論彈性體的加工精度有多高，粘貼的電阻應(yīng)變片質(zhì)量有多好，測力傳感器都很難達到更高的測力性能。因此，在測力傳感器的設(shè)計過程中，合理設(shè)計彈性體至關(guān)重要。

彈性體的設(shè)計基本上屬于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的范圍，但由于測力性能的需要，其結(jié)構(gòu)不同于普通機械零件和零件。一般來說，普通機械零件和零件只需要滿足足足夠大的安全系數(shù)下的強度和剛度，不需要嚴格要求受力條件下的零件和零件的應(yīng)力分布。但對于彈性體，除了滿足機械強度和剛度要求外，還需要保證電阻應(yīng)變片(以下簡稱貼片位置)的應(yīng)力(應(yīng)變)和彈性體承受的載荷(被測力)保持嚴格的應(yīng)變關(guān)系；同時，為了提高測力傳感器測力的靈敏度，貼片位置應(yīng)達到更高的應(yīng)力(應(yīng)變)水平。

可見彈性體的設(shè)計必須滿足以下兩個要求:

(1)片段應(yīng)具有較高的應(yīng)力水平。

為了滿足上述兩個要求，應(yīng)力集中的設(shè)計原則經(jīng)常應(yīng)用于測力傳感器的彈性體設(shè)計，以確保芯片部分的應(yīng)力(應(yīng)變)水平高，與被測力保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，提高設(shè)計的測力傳感器的測力靈敏度和測力精度。

(2)貼片部位的應(yīng)力(應(yīng)變)應(yīng)與被測力有嚴格的對應(yīng)關(guān)系。

改善應(yīng)力(應(yīng)力)不規(guī)則分布的應(yīng)力集中原則。

在機械零件或零件的設(shè)計過程中，應(yīng)力(應(yīng)變)通常被視為零件或零件的規(guī)則分布。如果零件或零件的截面形狀沒有變化，就沒有必要考慮應(yīng)力(應(yīng)變)的不規(guī)則分布。事實上，在機械零件或零件的設(shè)計中，應(yīng)力(應(yīng)變)不規(guī)則分布的問題不是不考慮，而是在強度計算中包含安全系數(shù)。

對力傳感器而言，通過電阻應(yīng)變片測量彈性體芯片位置的應(yīng)變來測量被測力的大小。為保證芯片位置的應(yīng)力(應(yīng)變)與被測力有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，事實上，當受力傳感器受力時，彈性體芯片位置的應(yīng)力(應(yīng)變)應(yīng)該按照一定的規(guī)則分布。實際上，彈性體芯片位置的應(yīng)力(應(yīng)變)分布影響較大的因素主要是彈性體受力條件的變化。

彈性體受力條件的變化是指彈性體受力大小不變時，力的作用點發(fā)生變化，或者彈性體與相鄰加載部件之間的接觸條件發(fā)生變化。如果在彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計中沒有考慮到這種情況，可能會導致彈性體應(yīng)力(應(yīng)力)分布的不規(guī)則變化。這方面最典型的例子是筒式測力傳感器。為了減少彈性體受力條件變化引起的測力誤差，一些傳感器設(shè)計師使用筒式測力傳感器彈性體增加貼片數(shù)量的方法，盡量在彈性體貼片部分的圓周應(yīng)力(應(yīng)力)分布不均勻時進行測量。這種處理方法有一定的效果，可以減少彈性體受力條件變化引起的測力誤差。但這種方法畢竟是一種被動的方法，增加的貼片數(shù)量總是有限的，但是很難在彈性體圓周應(yīng)力(應(yīng)力)分布不均勻，測量不均勻。

彈性體受力條件變化引起的測力誤差的本質(zhì)是彈性體貼片周圍應(yīng)力(應(yīng)力)的不規(guī)則分布。當彈性體貼片周圍應(yīng)力(應(yīng)力)分布受到一定條件的限制時，貼片部分的應(yīng)力(應(yīng)力)按一定規(guī)則分布，使彈性體貼片部分的應(yīng)力(應(yīng)力)與被測力基本保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，減少彈性體受力條件變化引起的測力誤差。

提高應(yīng)力(應(yīng)變)水平的應(yīng)力集中原理。

為了使測力傳感器達到更高的靈敏度，電阻應(yīng)變片通常應(yīng)該具有更高的應(yīng)變水平，即彈性體上的片段應(yīng)該具有更高的應(yīng)力(應(yīng)變)水平。

有兩種常見的方法可以使彈性體上的貼片部分達到更高的應(yīng)力(應(yīng)變)水平:

(1)在貼片部位附近局部削弱彈性體，提高貼片部位的局部應(yīng)力(應(yīng)力)水平，彈性體其他部位的應(yīng)力(應(yīng)力)水平幾乎不變。

以上兩種方法都能提高芯片部位的應(yīng)力(應(yīng)變)水平，但但對于彈性體的整體性能，局部削弱彈性體的效果遠大于整體削弱彈性體。局部削弱彈性體不僅可以提高芯片部分的應(yīng)力(應(yīng)變)水平，還可以保持整個彈性體的高強度和剛性，有助于提高傳感器的性能和使用效果。

局部削弱彈性體提高芯片部位應(yīng)力(應(yīng)力)水平的原理是局部削弱彈性體，引起局部應(yīng)力集中，應(yīng)力集中部位的應(yīng)力(應(yīng)變)水平明顯高于彈性體其他部位的應(yīng)力水平，將電阻應(yīng)變器粘貼到應(yīng)力集中部位，可以測量高應(yīng)變水平。

局部應(yīng)力(應(yīng)變)集中法常用于測力傳感器的設(shè)計，尤其是在梁式測力傳感器(如彎梁式和剪梁式測力傳感器)的彈性體設(shè)計中。局部應(yīng)力(應(yīng)變)集中法廣泛應(yīng)用于當數(shù)剪切梁式測力傳感器。剪切梁式測力傳感器通過檢測梁彈性體上的剪切應(yīng)力(剪切應(yīng)變)來實現(xiàn)測力。

對于梁型零件，其彎曲強度是主要矛盾。當梁達到彎曲強度時，剪切強度通常有很大的余量。盲孔被挖出后，截面上腹板上的剪切應(yīng)力(剪切應(yīng)力)明顯增加，但截面上的彎曲應(yīng)力增加較小。所以剪斷梁彈性體采用局部應(yīng)力集中方案后，檢測到的剪斷應(yīng)力大大提高，測力傳感器的靈敏度明顯提高，對整個梁的彎曲應(yīng)力影響較小，使整個梁保持良好的強度和剛度。

(2)整體減小彈性體尺寸，全面提高彈性體應(yīng)力水平。

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