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测力传感器应该如何保证其精度

时间:2023-08-11 点击次数:

在机械部件或部件的设计过程中,通常认为应力(应变)是规则分布在部件或部件上的。如果部件或部件的截面形状没有改变,则无需考虑应力(应变)分布不规则的问题。事实上,在机械零件或部件的设计中,并不是不考虑应力(应变)的不规则分布,而是通过强度计算中的安全系数来包括应力(应变)。

测力传感器而言,它是通过电阻应变片测量弹性体上贴片部分的应变来测量被测力的大小。如果要保证贴片部分的应力(应变)与被测力保持严格的对应关系,其实就是要保证贴片部分的应力(应变)在测力传感器受力时按照一定的规律分布在弹性体上。弹性体贴片部位的应力(应变)分布在实际应用中影响较大的因素主要是弹性体受力条件的变化。

弹性体应力条件的变化是指当弹性体应力的大小保持不变时,力的作用点发生变化,或者弹性体与相邻承载构件和承载构件之间的接触条件发生变化。若在设计弹性体结构时,不能考虑这种情况,则可能导致弹性体上应力(应变)分布的不规则变化。

当筒式测力传感器上下端面受力均匀时,弹性体贴片部分整个圆周上的应力(应变)分布均匀。当上端面和下端面上的应力发生变化时,两端面上的应力作用不再均匀分布。此时,弹性贴片周围上的应力(应变)分布是不可预测的。若气缸测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大,弹性体贴片周围的应力(应变)基本均匀分布。然而,在实际应用中,测力传感器通常很少提供大的安装空间位置,因此很难使气缸测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大。弹性体贴片周围的应力(应变)分布不均匀,分布不均匀随弹性体应力的变化而变化。在这种情况下,弹性体贴片部位的应力(应变)不能与被测力保持严格的对应关系,会造成明显的测力误差。

为了减少弹性体受力条件变化造成的测力误差,一些传感器设计师采用增加筒式测力传感器弹性体上贴片数量的方法,尽可能测量弹性体上贴片周围应力(应变)分布不均匀的情况。这种处理方法具有一定的效果,可减少弹性体受力条件变化引起的测力误差。然而,这种方法毕竟是一种被动的方法。补丁数量的增加总是有限的。仍然很难测量弹性体上补丁周围应力(应变)分布不均匀的情况,测力误差的减小程度不够显著。

弹性体应力条件变化引起的测力误差的本质是弹性体贴片周围应力(应变)的不规则分布。如果弹性体贴片周围的应力(应变)分布能够受到一定条件的约束,则迫使贴片部分的应力(应变)按照一定的规律分布,从而使弹性体贴片部分的应力(应变)与被测力基本保持严格的对应关系,从而减少弹性体应力条件变化引起的测力误差。

对于筒式测力传感器,在承载强度足够的情况下,如果将弹性贴片周围未贴片的部分挖空,则应力只能分布在未挖空的部分,这大大改善了应力(应变)的不规则分布。或应力(应变)的不规则分布仅限于未挖空的部位,其不规则分布程度不大。所以,将电阻应变片粘贴在未挖空的部位,可以使测得的应力(应变)与被测力基本保持严格的对应关系。

事实上,上述处理方法是基于这样一个原则:通过某种措施,弹性体上的应力(应变)集中分布在便于补丁检测的部位,从而实现测得的应力(应变)与被测力之间的严格对应关系,从而保证传感器的测力精度。


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