对于电阻应变片式测力传感器,弹性体的结构状态和有关尺寸对测力传感器的机能有很大的影响D芄凰,测力传感器的机能重要取决于其弹性体的状态和有关尺寸。若是测力传感器的弹性体设计不合理,无论加工精杜仔多高,粘贴的电阻应变片质量有多好,测力传感器都难以达到较高的测力机能。因而,在测力传感器的设计过程中,合理设计弹性体至关沉要。

弹性体的设计根基上属于机械结构设计的领域,但由于测力机能的必要,其结构分歧于通常的机械部件和部件。通常来说,通常的机械部件和部件只能满足足够够大的安全系数下的强度和刚度,不必要严格要求部件或部件的应力散布。但对于弹性体,除了满足机械强度和刚度要求表,还必须保障电阻应变片(以下简称贴片部门)的应力(应变)与弹性体接受的载荷(应变)维持严格的对应关系,提高应力传感器的活络度,使贴片部门达到较高的应力(应变)水平。
由此可见,弹性体的设计必须满足以下两个要求:
(1)应力(应变)应与被测力维持严格对应;
(2)贴片应拥有较高的应力(应变)水平。
为了满足上述两个要求,应力集中的设计准则时时利用于测力传感器的弹性体设计,以确保补丁部门的应力(应变)水平较高,并与测力维持严格的对应关系,以提高设计测力传感器的测力活络度和测力精度。
改善应力(应变)不规定散布的应力集中准则。
在机械部件或部件的设计过程中,应力(应变)通常被以为是零件或部件的规定散布。若是零件或部件的截面状态不扭转,则毋庸思考应力(应变)散布的不规定问题。事实上,在机械部件或部件的设计中,不思考应力(应变)的不规定散布,而是通过强度推算中的安全系数。
对于测力传感器,它通过电阻应变片丈量弹性体上贴片部门的应变来丈量被测力的大幼。为了保障贴片部门的应力(应变)与被测力维持严格的对应关系,现实上是为了保障弹性关心片部门的应力(应变)应依照肯定的法规散布。在现实利用中,对弹性关心片部门应力(应变)散布影响较大的成分重要是弹性体应力前提的变动。
弹性体受力前提的变动是指当弹性体受力大幼不变时,力的作用点产生变动或弹性体与相邻加载构件和承载构件的接触前提产生变动。若是在设计弹性体结构时不思考这种情况,可能会导致弹性体上应力(应变)散布的不规定变动。这方面最典型的例子是筒式测力传感器。为了削减弹性体受力前提变动引起的测力误差,一些传感器设计师选取增长筒式测力传感器弹性关心片数量的步骤,尽可能丈量弹性关心片周应力(应变)散布不均匀的情况。这种处置步骤有肯定的成效,能够削减弹性体受力前提变动引起的测力误差。但这种步骤终于是被动的步骤,增长的贴片数量总是有限的,弹性关心片周应力(应变)散布不均匀,测力误差不够显著。
弹性体受力前提变动引起的测力误差的性质是弹性关心片周围应力(应变)的不规定散布。若是弹性关心片周围的应力(应变)散布受到肯定前提的限度,则迫使贴片部门的应力(应变)按法规散布,因而弹性关心片部门的应力(应变)与被测力根基维持严格的对应关系,从而削减弹性体受力前提变动引起的测力误差。
选取上述步骤改进筒式测力传感器。改进前通常筒式传感器的测力误差大于1%
F.S.改进后(部门挖空)筒式传感器测力误差为0.1~0.3%F.S.,测力精度显著提高。
提高应力(应变)水平的应力集中准则。
若是测力传感器达到较高的活络度,电阻应变片通常应拥有较高的应变水平,即弹性关心片应拥有较高的应力(应变)水平。
有两种常用的步骤能够实现弹性关心片的高应力(应变)水平:
(1)全面降低弹性体尺寸,全面提高弹性体应力(应变)水平;
(2)部门减弱贴片左近的弹性体,提高贴片左近的部门应力(应变)水平,而弹性体其他部位的应力(应变)水平根基不变。
以上两种步骤都能够提高补丁部门的应力(应变)水平,但对于弹性体的整体机能,部门减弱弹性体的成效远远好于整体减幼弹性体的尺寸。由于部门减弱弹性体不仅能够提高补丁部门的应力(应变)水平,并且能够维持弹性体的高强度和刚度,有利于提高传感器的机能和使用成效。
部门减弱弹性体提高补丁应力(应变)水平的道理是:部门减弱弹性体,导致部门应力集中,使应力集中应力(应变)水平显著高于弹性体其他应力水平,将电阻应变片粘贴在应力集中,可丈量较高的应变水平。
部门应力(应变)集中的步骤常用于测力传感器的设计,尤其是梁式测力传感器(如弯曲梁式和剪切梁式测力传感器)的弹性体设计。部门应力(应变)集中步骤选取成功确当数剪切梁式测力传感器。剪切梁式测力传感器通过检测梁式弹性体上的剪应力(剪应变)来实现测力。
对于梁构件,其弯曲强度是重要矛盾。当梁满足弯曲强度时,剪切强度通常较大。在中性层左近挖盲孔时,截面上腹板上的剪切应力(剪切应变)显著增长,但截面上的弯曲应力很幼。因而,在选取部门应力集中规划后,检测到的剪切应力大大提高,显著提高了测力传感器的活络度,对整个梁的弯曲强杜装响不大,使整个梁维持了优良的强度和刚度。
在测力传感器的设计过程中,若是能有意识地依照上述两种应力集中的准则设计弹性体,就能获得提高测力传感器测力精度和测力活络度的优良成效。矫捷、适本地使用应力集中的准则对高机能测力传感器的设计和出产拥有沉要的实用意思。