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影响很大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,无论弹性体的加工精杜仔多高,粘贴的电阻应变片质量有多好,测力传感器都很难达到更高的测力机能。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,其结构分歧于通常机械零件和零件。通常来说,通常机械零件和零件只必要满足足足够大的安全系数下的强度和刚度,不必要严格要求受力前提下的零件和零件的应力散布。但对于弹性体,除了满足机械强度和刚度要求表,还必要保障电阻应变片(以下简称贴片地位)的应力(应变)和弹性体接受的载荷(被测力)维持严格的应变关系;同时,为了提高测力传感器测力的活络度,贴片地位应达到更高的应力(应变)水平。
可见弹性体的设计必须满足以下两个要求:
(1)片段应拥有较高的应力水平。
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,以确保芯片部门的应力(应变)水平高,与被测力维持严格的对应关系,提高设计的测力传感器的测力活络度和测力精度。
(2)贴片部位的应力(应变)应与被测力有严格的对应关系。
改善应力(应力)不规定散布的应力集中准则。
在机械零件或零件的设计过程中,应力(应变)通常被视为零件或零件的规定散布。若是零件或零件的截面状态没有变动,就没有必要思考应力(应变)的不规定散布。事实上,在机械零件或零件的设计中,应力(应变)不规定散布的问题不是不思考,而是在强度推算中蕴含安全系数。
对力传感器而言,通过电阻应变片丈量弹性体芯片地位的应变来丈量被测力的大幼。为保障芯片地位的应力(应变)与被测力有严格的对应关系,事实上,当受力传感器受力时,弹性体芯片地位的应力(应变)应该依照肯定的规定散布。现实上,弹性体芯片地位的应力(应变)散布影响较大的成分重要是弹性体受力前提的变动。
弹性体受力前提的变动是指弹性体受力大幼不变时,力的作用点产生变动,或者弹性体与相邻加载部件之间的接触前提产生变动。若是在弹性体结构设计中没有思考到这种情况,可能会导致弹性体应力(应力)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,一些传感器设计师使用筒式测力传感器弹性体增长贴片数量的步骤,尽量在弹性关心片部门的圆周应力(应力)散布不均匀时进行丈量。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。但这种步骤终于是一种被动的步骤,增长的贴片数量总是有限的,但是很难在弹性体圆周应力(应力)散布不均匀,丈量不均匀。
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(应力)的不规定散布。当弹性关心片周围应力(应力)散布受到肯定前提的限度时,贴片部门的应力(应力)按肯定规定散布,使弹性关心片部门的应力(应力)与被测力根基维持严格的对应关系,削减弹性体受力前提变动引起的测力误差。
提高应力(应变)水平的应力集中道理。
为了使测力传感器达到更高的活络度,电阻应变片通常应该拥有更高的应变水平,即弹性体上的片段应该拥有更高的应力(应变)水平。
有两种常见的步骤能够使弹性体上的贴片部门达到更高的应力(应变)水平:
(1)在贴片部位左近部门减弱弹性体,提高贴片部位的部门应力(应力)水平,弹性体其他部位的应力(应力)水平险些不变。
以上两种步骤都能提高芯片部位的应力(应变)水平,但但对于弹性体的整体机能,部门减弱弹性体的成效弘远于整体减弱弹性体。部门减弱弹性体不仅能够提高芯片部门的应力(应变)水平,还能够维持整个弹性体的高强度和刚性,有助于提高传感器的机能和使用成效。
部门减弱弹性体提高芯片部位应力(应力)水平的道理是部门减弱弹性体,引起部门应力集中,应力集中部位的应力(应变)水平显著高于弹性体其他部位的应力水平,将电阻应变器粘贴到应力集中部位,能够丈量高应变水平。
部门应力(应变)集中法常用于测力传感器的设计,尤其是在梁式测力传感器(如弯梁式和剪梁式测力传感器)的弹性体设计中。部门应力(应变)集中法宽泛利用于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弹性体上的剪切应力(剪切应变)来实现测力。
对于梁型零件,其弯曲强度是重要矛盾。当梁达到弯曲强度时,剪切强度通常有很大的余量。盲孔被挖出后,截面上腹板上的剪切应力(剪切应力)显著增长,但截面上的弯曲应力增长较幼。所以剪断梁弹性体选取部门应力集中规划后,检测到的剪断应力大大提高,测力传感器的活络度显著提高,对整个梁的弯曲应力影响较幼,使整个梁维持优良的强度和刚度。
(2)整体减幼弹性体尺寸,全面提高弹性体应力水平。
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