两种方法可提高测力传感器精度

为了达到较高的灵敏度，测力传感器通常应使电阻应变片具有较高的应变水平，即弹性体上的补丁部分应具有较高的应力（应变）水平。通常有两种常用的方法可以实现弹性体上贴片部位的高应力(应变)水平：

(1)整体减小弹性体的尺寸，全面提高弹性体的应力(应变)水平；

(2)局部削弱贴片部位附近的弹性体，提高贴片部位的局部应力(应变)水平，而弹性体其他部位的应力(应变)水平基本不变。

上述两种方法都可以提高贴片部分的应力（应变）水平，但对于弹性体的整体性能，局部削弱弹性体的效果远远好于整体减小弹性体的尺寸。因为局部弱化弹性体不仅可以提高贴片部分的应力（应变）水平，而且可以使弹性体整体保持较高的强度和刚度，有利于提高传感器的性能和使用效果。

局部弱化弹性体提高贴片部分应力（应变）水平的原理是：局部弱化弹性体导致局部应力集中，使应力集中部分的应力（应变）水平明显高于弹性体其他部分的应力水平。通过将电阻应变贴片粘贴在应力集中部分，可以测量较高的应变水平。

在测力传感器的研发中，经常采用局部应力(应变)集中法，尤其是在梁式测力传感器(如弯梁式和剪切梁式测力传感器)的弹性体研发中。当数剪切梁式测力传感器应用于局部应力(应变)集中方法。剪梁测力传感器通过检测梁弹性体上的剪应力（剪应变）来实现测力。弹性体的结构如图3所示（为了便于解释问题，这里仅以一个简单的支梁弹性体为例）。

从材料力学中梁的应力分布知识可以看出，当梁承受横向(弯曲)载荷时，应力(剪应变)在梁的中性层处最大。若要检测梁上的剪应变，应在梁的中性层上贴片。为提高贴片处的剪应力(剪应变)水平，可在弹性体两侧各挖一个盲孔，盲孔的中心应位于中性层。应在盲孔底面粘贴电阻应变片，即图3中工字形截面(A-A剖面)的腹板。

对梁形构件而言，其弯曲强度是主要矛盾。当一梁满足弯曲强度时，剪切强度一般较大。当盲孔在中性层附近挖掘时，截面上腹板上的剪应力(剪应变)明显增加，但截面上的弯应力却略有增加。因此，在剪切梁弹性体应用局部应力集中方案后，检测到的剪切应变大大提高，显著提高了测力传感器的灵敏度，对整个梁的弯曲强度影响不大，使整个梁保持良好的强度和刚度。

因此，在测力传感器的研发过程中，如果能够根据上述两种应力集中的原则，有意识地研发弹性体的结构，就能获得提高测力传感器测力精度和测力灵敏度的良好效果。对于高性能测力传感器的研发和生产，灵活、恰当地运用应力集中的原则具有重要的实用意义。