设计柱式测力传感器的应力集中原则讲解
设计柱式测力传感器的应力集中原则讲解柱式测力传感器的弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能的影响*。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测力传感器的弹性体设计不合理，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行合理的设计至关重要。
弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位（“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体承受的载荷（被测力）保持严格的对应关系；同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高应力（应变）水平。
由此可见，弹性体设计过程中必须满足以下两项要求：
1.贴片部位应力（应变）应与被测力保持严格对应关系；
2.贴片部位应具有较高应力（应变）水平。
满足上述两项要求，柱式测力传感器弹性体设计方面，经常应用“应力集中”设计原则，确保贴片部位应力（应变）水平较高，并与被测力保持严格对应关系，以提高所设计测力传感器测力灵敏度和测力精度。
改善应力（应变）不规则分布“应力集中”原则：
机械零件或构件设计过程中，通常认为应力（应变）零件或构件上是规则分布，零件或构件截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则问题。其实，机械零件或构件设计中，应力（应变）不规则分布问题并非不予考虑，强度计算中安全系数将其包容内了。
柱式测力传感器是电阻应变片测量弹性体上贴片部位应变来测量被测力大小。若要保证贴片部位应力（应变）与被测力保持严格对应关系，实际上就是保证测力传感器受力时，弹性体上贴片部位应力（应变）要某一规律分布。实际应用中，弹性体贴片部位应力（应变）分布影响较大因素主弹性体受力条件变化。
弹性体受力条件变化是指当弹性体受力大小不变时，力作用点发生变化或弹性体相邻加载构件和承载构件接触条件发生变化。弹性体结构设计时，未能考虑这一情况，就可能造成弹性体上应力（应变）分布不规则变化。这方面典型实例是柱式测力传感器。
当柱式测力传感器上、下端面均匀受力时，弹性体贴片部位整个圆周上应力（应变）分布是均匀。当上、下两个端面上受力情况发生变化后，力两个端面作用情况不再是均匀分布，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）分布情况就难以预料了。柱式测力传感器弹性体高度与直径之比足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）基本上均匀分布。实际应用中，通常很少能为测力传感器提供较大安装空间位置，柱式测力传感器弹性体高度与直径之比很难做到足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）将不均匀分布，不均匀分布情况随弹性体受力情况变化而改变。这样条件下，弹性体贴片部位应力（应变）与被测力不能保持严格对应关系，将造成明显测力误差。
减小弹性体受力条件变化引起测力误差，有些传感器设计者采取柱式测力传感器弹性体上增加贴片数量方法，尽可能将弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀情况测量出来。这样处理方法有一定效果，可以减小弹性体受力条件变化引起测力误差。但这种方法毕竟是一种被动方法，增加贴片数量总是有限，很难把弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀情况全部测量出来，测力误差减小程度不够显著。
弹性体受力条件变化引起测力误差实质是弹性体贴片部位圆周上应力（应变）不规则分布，能使弹性体贴片部位圆周上应力（应变）分布受到一定条件约束，迫使贴片部位应力（应变）某一规律分布，使弹性体贴片部位应力（应变）与被测力基本保持严格对应关系，由此来减小因弹性体受力条件变化引起测力误差。
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弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位（“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体承受的载荷（被测力）保持严格的对应关系；同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高应力（应变）水平。
由此可见，弹性体设计过程中必须满足以下两项要求：
1.贴片部位应力（应变）应与被测力保持严格对应关系；
2.贴片部位应具有较高应力（应变）水平。
满足上述两项要求，柱式测力传感器弹性体设计方面，经常应用“应力集中”设计原则，确保贴片部位应力（应变）水平较高，并与被测力保持严格对应关系，以提高所设计测力传感器测力灵敏度和测力精度。
改善应力（应变）不规则分布“应力集中”原则：
机械零件或构件设计过程中，通常认为应力（应变）零件或构件上是规则分布，零件或构件截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则问题。其实，机械零件或构件设计中，应力（应变）不规则分布问题并非不予考虑，强度计算中安全系数将其包容内了。
柱式测力传感器是电阻应变片测量弹性体上贴片部位应变来测量被测力大小。若要保证贴片部位应力（应变）与被测力保持严格对应关系，实际上就是保证测力传感器受力时，弹性体上贴片部位应力（应变）要某一规律分布。实际应用中，弹性体贴片部位应力（应变）分布影响较大因素主弹性体受力条件变化。
弹性体受力条件变化是指当弹性体受力大小不变时，力作用点发生变化或弹性体相邻加载构件和承载构件接触条件发生变化。弹性体结构设计时，未能考虑这一情况，就可能造成弹性体上应力（应变）分布不规则变化。这方面典型实例是柱式测力传感器。
当柱式测力传感器上、下端面均匀受力时，弹性体贴片部位整个圆周上应力（应变）分布是均匀。当上、下两个端面上受力情况发生变化后，力两个端面作用情况不再是均匀分布，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）分布情况就难以预料了。柱式测力传感器弹性体高度与直径之比足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）基本上均匀分布。实际应用中，通常很少能为测力传感器提供较大安装空间位置，柱式测力传感器弹性体高度与直径之比很难做到足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）将不均匀分布，不均匀分布情况随弹性体受力情况变化而改变。这样条件下，弹性体贴片部位应力（应变）与被测力不能保持严格对应关系，将造成明显测力误差。
减小弹性体受力条件变化引起测力误差，有些传感器设计者采取柱式测力传感器弹性体上增加贴片数量方法，尽可能将弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀情况测量出来。这样处理方法有一定效果，可以减小弹性体受力条件变化引起测力误差。但这种方法毕竟是一种被动方法，增加贴片数量总是有限，很难把弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀情况全部测量出来，测力误差减小程度不够显著。
弹性体受力条件变化引起测力误差实质是弹性体贴片部位圆周上应力（应变）不规则分布，能使弹性体贴片部位圆周上应力（应变）分布受到一定条件约束，迫使贴片部位应力（应变）某一规律分布，使弹性体贴片部位应力（应变）与被测力基本保持严格对应关系，由此来减小因弹性体受力条件变化引起测力误差。
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