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提高測力傳感器應力水平的應力集中原則
提高測力傳感器應力(應變)水平的應力集中原則
若要測力傳感器達到較高的靈敏度,通常應該使電阻應變片有較高的應變水平,即在彈性體上貼片部位應該有較高的應力(應變)水平。
實現(xiàn)測力傳感器彈性體上貼片部位達到較高應力(應變)水平有兩種常用的方法:
(1)整體減小彈性體的尺寸,全面提高彈性體上的應力(應變)水平;
(2)在貼片部位附近對彈性體進行局部削弱,使貼片部位局部應力(應變)水平提高,而彈性體其它部位的應力(應變)水平基本不變。
以上兩種方法都可以提高貼片部位的應力(應變)水平,但對彈性體整體性能而言,局部削弱彈性體的效果要遠好于整體減小彈性體尺寸。因為局部削弱彈性體既能提高貼片部位的應力(應變)水平,又使得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。
局部削弱彈性體提高貼片部位應力(應變)水平的原理是:通過局部削弱彈性體,造成局部的應力集中,使得應力集中部位的應力(應變)水平明顯高于彈性體其它部位的應力水平,將電阻應變片粘貼于應力集中部位,就可以測得較高的應變水平液位傳感器。
局部應力(應變)集中的方法在測力傳感器的設計中經常被采用,尤其在梁式測力傳感器(如彎曲梁式和剪切梁式測力傳感器)的彈性體設計中被廣泛應用。局部應力(應變)集中方法應用較為成功的當數(shù)剪切梁式測力傳感器。剪切梁式測力傳感器是通過檢測梁式彈性體上的剪應力(剪應變)實現(xiàn)測力的。
對于梁形構件來說,其彎曲強度是主要矛盾。在一個梁滿足彎曲強度的情況下,剪切強度一般裕量較大。當在中性層附近挖盲孔后,該截面上腹板上的剪應力(剪應變)明顯提高,然而該截面上的彎曲應力提高很小。因此,剪切梁式彈性體應用局部應力集中方案后,被檢測的剪應變大大提高,使該測力傳感器的靈敏度顯著提高,而對整個梁的彎曲強度影響很小,使整個梁保持了良好的強度和剛度。