兩種方法可提高測力傳感器精度

為了達到較高的靈敏度，測力傳感器通常應(yīng)使電阻應(yīng)變片具有較高的應(yīng)變水平，即彈性體上的補丁部分應(yīng)具有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。通常有兩種常用的方法可以實現(xiàn)彈性體上貼片部位的高應(yīng)力(應(yīng)變)水平：

(1)整體減小彈性體的尺寸，全面提高彈性體的應(yīng)力(應(yīng)變)水平；

(2)局部削弱貼片部位附近的彈性體，提高貼片部位的局部應(yīng)力(應(yīng)變)水平，而彈性體其他部位的應(yīng)力(應(yīng)變)水平基本不變。

上述兩種方法都可以提高貼片部分的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，但對于彈性體的整體性能，局部削弱彈性體的效果遠遠好于整體減小彈性體的尺寸。因為局部弱化彈性體不僅可以提高貼片部分的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，而且可以使彈性體整體保持較高的強度和剛度，有利于提高傳感器的性能和使用效果。

局部弱化彈性體提高貼片部分應(yīng)力（應(yīng)變）水平的原理是：局部弱化彈性體導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，使應(yīng)力集中部分的應(yīng)力（應(yīng)變）水平明顯高于彈性體其他部分的應(yīng)力水平。通過將電阻應(yīng)變貼片粘貼在應(yīng)力集中部分，可以測量較高的應(yīng)變水平。

在測力傳感器的研發(fā)中，經(jīng)常采用局部應(yīng)力(應(yīng)變)集中法，尤其是在梁式測力傳感器(如彎梁式和剪切梁式測力傳感器)的彈性體研發(fā)中。當(dāng)數(shù)剪切梁式測力傳感器應(yīng)用于局部應(yīng)力(應(yīng)變)集中方法。剪梁測力傳感器通過檢測梁彈性體上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）來實現(xiàn)測力。彈性體的結(jié)構(gòu)如圖3所示（為了便于解釋問題，這里僅以一個簡單的支梁彈性體為例）。

從材料力學(xué)中梁的應(yīng)力分布知識可以看出，當(dāng)梁承受橫向(彎曲)載荷時，應(yīng)力(剪應(yīng)變)在梁的中性層處最大。若要檢測梁上的剪應(yīng)變，應(yīng)在梁的中性層上貼片。為提高貼片處的剪應(yīng)力(剪應(yīng)變)水平，可在彈性體兩側(cè)各挖一個盲孔，盲孔的中心應(yīng)位于中性層。應(yīng)在盲孔底面粘貼電阻應(yīng)變片，即圖3中工字形截面(A-A剖面)的腹板。

對梁形構(gòu)件而言，其彎曲強度是主要矛盾。當(dāng)一梁滿足彎曲強度時，剪切強度一般較大。當(dāng)盲孔在中性層附近挖掘時，截面上腹板上的剪應(yīng)力(剪應(yīng)變)明顯增加，但截面上的彎應(yīng)力卻略有增加。因此，在剪切梁彈性體應(yīng)用局部應(yīng)力集中方案后，檢測到的剪切應(yīng)變大大提高，顯著提高了測力傳感器的靈敏度，對整個梁的彎曲強度影響不大，使整個梁保持良好的強度和剛度。

因此，在測力傳感器的研發(fā)過程中，如果能夠根據(jù)上述兩種應(yīng)力集中的原則，有意識地研發(fā)彈性體的結(jié)構(gòu)，就能獲得提高測力傳感器測力精度和測力靈敏度的良好效果。對于高性能測力傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\用應(yīng)力集中的原則具有重要的實用意義。