測(cè)力傳感器設(shè)計(jì)的應(yīng)力集中原則

1、測(cè)力傳感器設(shè)計(jì)的應(yīng)力集中原則2摘要：文中介紹了在測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常運(yùn)用的兩種應(yīng)力集中的設(shè)計(jì)原則。按照這兩種應(yīng)力集中的原則，對(duì)彈性體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠收到提高測(cè)力傳感器的測(cè)力精度和測(cè)力靈敏度的良好 效果。關(guān)鍵詞：測(cè)力傳感器，應(yīng)力集中，精度，靈敏度 I 廠I _一、概述對(duì)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”）來說，彈性體的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)尺寸 對(duì)測(cè)力傳感器性能的影響極大?？梢哉f，測(cè)力傳感器的性能主要取決于其彈性體的形狀及相關(guān)尺寸。I t I I ， VxI I I , ： 1I j I I 若要保證貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上就是保證在測(cè)力傳感器受 I

2、.，力時(shí)，彈性體上貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）要按照某一規(guī)律分布。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于彈性體貼片部 位應(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當(dāng)彈性體受力的大小不變時(shí)，力的作用點(diǎn)發(fā)生變化或彈性體與其相鄰的加載構(gòu)件和承載構(gòu)件的接觸條件發(fā)生變化。，如果在彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未能考慮這一情況，就 可能造成彈性體上應(yīng)力（應(yīng)變）分布的不規(guī)則變化。這方面最典型的實(shí)例是筒式測(cè)力傳感器（見圖 1）。上 J飛工 ,，-|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整個(gè)圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的分布是均勻的。當(dāng)上、下兩個(gè)端面上受力情況發(fā)生變化后， 力在兩個(gè)端面的作用情況不再是

3、均勻分布 的，這時(shí)彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分分布情況就難以預(yù)料了。如果筒式測(cè)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(yīng)力（應(yīng)變）基本上還是均勻分布。但是， 在實(shí)際應(yīng)用中，通常很少能為測(cè)力傳感器提供較大的安裝空間位置，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足夠大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)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(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力不能保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將造成明顯的測(cè)力誤差。為了減小由于彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差， 有些傳感器設(shè)計(jì)者采取在筒式測(cè)力傳感 器彈性體上增加貼片

4、數(shù)量的方法， 盡可能將彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力 （應(yīng)變）分布不均勻的情 況測(cè)量出來。這樣的處理方法有一定的效果，可以減小彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差。但這種方法畢竟是一種被動(dòng)的方法，增加的貼片數(shù)量總是有限的，還是很難把彈性體上貼片部位圓周U. I |-上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻的情況全部測(cè)量出來，測(cè)力誤差減小的程度不夠顯著。由于彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差的實(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)則分布，如果能使彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）分布受到一定條件的約束，迫使貼片 VxI I I , ： 1 TOC o 1-5 h z I j I I yI,:部位的應(yīng)力（應(yīng)變）

5、按照某一規(guī)律分布，因而使得彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保 I.，持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此來減小因彈性體受力條件的變化引起的測(cè)力誤差。對(duì)于筒式測(cè)力傳感器來說，在承載強(qiáng)度足夠的條件下，如果將彈性體貼片部位圓周上不貼片的部位挖空（見圖2）,使得應(yīng)力只能在未挖空的部位分布，大大改善了應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的情況?；蛘哒f，應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)則分布僅僅限于未挖空的部位，并且其不規(guī)則分布的程度不會(huì) c 工很大。因此，在未挖空的部位粘貼電阻應(yīng)變片，就能使測(cè)得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保持嚴(yán)格 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。上 J飛工 ,，-|上述處理方法實(shí)際上出于這樣一個(gè)原理： 通過某種措施，使彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變） 集中分布 在便于貼片檢測(cè)的部位，實(shí)現(xiàn)測(cè)