靜態(tài)應變式測力傳感器設計方法

王學峰，龐　 旭，郭　芮

(長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103)

?

靜態(tài)應變式測力傳感器設計方法

王學峰，龐 旭，郭芮

(長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103)

摘要：介紹了在靜態(tài)負載工況條件下應變式測力傳感器的設計方法，在理論上對應變式測力傳感器的彈性體力學狀態(tài)進行了分析，闡述了如何確定傳感器的靈敏度、應變片貼片方向、彈性體幾何尺寸等關鍵技術參數，并結合一個實例，說明了設計方法的正確性。

關鍵詞：應變式傳感器；張量分析；應變計；靈敏度

1引言

測力傳感器在結構上可以分成柱筒式、剪切梁式、扭轉體等形式，每種結構形式有各自的設計方法和技術規(guī)范。然而，在某些應用場合，常常需要定制設計一些特殊用途的傳感器，結構上與上述結構有所不同，直接應用上述常規(guī)的設計方法很不方便。本文介紹了一種適用于測力傳感器的定制設計方法。

一般情況下，應變片是利用固定膠粘貼在被測的變形體表面上。當彈性體隨外負載變形時，體內的應變通過固定膠傳導至應變片，使應變片的電阻值發(fā)生改變。應變片與外部的電阻形成測量電橋，達到測量的目的，這個過程的測量鏈如圖1所示。

圖1　應變式傳感器測量鏈

應變式傳感器由彈性體、固定膠、應變片和電橋組成，傳感器的輸入量是被測負載 ，輸出量是電橋輸出電壓u，它們有如下關系：

u=f(F)

(1)

這里f是電橋的橋構關系函數。

2彈性體的力學分析

以圖2所示彈性體為例，根據三向力學狀態(tài)理論，在彈性體外側表面任取一個微元體，微元體6個表面上作用的應力有σx、σy、σz、τxy、τxz、τyz，相應的應變有εx、εy、εz、γxy、γxz、γyz。……