一、概述
关于电阻应变片式测力传感器
（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构形状与相关尺度对测力传感器功能的影响极大。可以说，测力传感器的功能首要取决于其弹性体的形状及相关尺度。假如测力传感器的弹性体规划不合理，不管弹性体的加工精度多高、张贴的电阻应变片的质量多好，测力传感器都难以到达较高的测力功能。因而，在测力传感器的规划过程中，对弹性体进行合理的规划至关重要。
弹性体的规划根本归于机械结构规划的规模，但因测力功能的需求，其结构上与一般的机械零件和构件有所不同。一般说来，一般的机械零件和构件只须满意在满意大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力散布状况不用严厉要求。可是，关于弹性体来说，除了需求满意机械强度和刚度要求以外，有必要确保弹性体上张贴电阻应变片部位（以下简称“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体接受的载荷（被测力）坚持严厉的对应联系；一起，为了进步测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位到达较高的应力（应变）水平。
由此可见，在弹性体的规划过程中有必要满意以下两项要求：
（1）贴片部位的应力（应变）应与被测力坚持严厉的对应联系；
（2）贴片部位应具有较高的应力（应变）水平。
为了满意上述两项要求，在测力传感器的弹性体规划方面，常常运用“应力会集”的规划准则，确保贴片部位的应力（应变）水平较高，并与被测力坚持严厉的对应联系，以进步所规划测力传感器的测力灵敏度和测力精度。
二、改善应力（应变）不规矩散布的“应力会集”准则
在机械零件或构件的规划过程中，一般以为应力（应变）在零件或构件上是规矩散布的，假如零件或构件的截面形状不发生改动，不用考虑应力（应变）散布不规矩的问题。其实，在机械零件或构件的规划中，关于应力（应变）不规矩散布的问题并非不予考虑，而是经过强度核算中的安全系数将其容纳在内了。
关于测力传感器来说，它是经过电阻应变片丈量弹性体上贴片部位的应变来丈量被测力的巨细。若要确保贴片部位的应力（应变）与被测力坚持严厉的对应联系，实践上便是确保在测力传感器受力时，弹性体上贴片部位的应力（应变）要依照某一规则散布。在实践运用中，关于弹性体贴片部位应力（应变）散布影响较大的要素首要是弹性体受力条件的改动。
弹性体受力条件的改动是指当弹性体受力的巨细不变时，力的作用点发生改动或弹性体与其相邻的加载构件和承载构件的触摸条件发生改动。假如在弹性体结构规划时，未能考虑这一状况，就可能形成弹性体上应力（应变）散布的不规矩改动。这方面最典型的实例是筒式测力传感器（见图1）。
当筒式测力传感器上、下端面均匀受力时，在弹性体贴片部位的整个圆周上应力（应变）的散布是均匀的。当上、下两个端面上受力状况发生改动后，力在两个端面的作用状况不再是均匀散布的，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）的散布状况就难以预料了。假如筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比满意大，弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）根本上仍是均匀散布。可是，在实践运用中，一般很少能为测力传感器供给较大的装置空间方位，因而筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比很难做到满意大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）将不均匀散布，而且不均匀散布的状况随弹性体受力状况的改动而改动。在这样的条件下，弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力不能坚持严厉的对应联系，将形成显着的测力差错。
为了减小由于弹性体受力条件的改动引起的测力差错，有些传感器规划者采纳在筒式测力传感器弹性体上添加贴片数量的办法，尽可能将弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）散布不均匀的状况丈量出来。这样的处理办法有必定的作用，可以减小弹性体受力条件的改动引起的测力差错。但这种办法毕竟是一种被迫的办法，添加的贴片数量总是有限的，仍是很难把弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）散布不均匀的状况悉数丈量出来，测力差错减小的程度不行显着。
由于弹性体受力条件的改动引起的测力差错的本质是弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）的不规矩散布，假如能使弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）散布遭到必定条件的束缚，迫使贴片部位的应力（应变）依照某一规则散布，因而使得弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力根本坚持严厉的对应联系，由此来减小因弹性体受力条件的改动引起的测力差错。
关于筒式测力传感器来说，在承载强度满意的条件下，假如将弹性体贴片部位圆周上不贴片的部位挖空（见图2），使得应力只能在未挖空的部位散布，大大改善了应力（应变）不规矩散布的状况。或者说，应力（应变）的不规矩散布只是限于未挖空的部位，而且其不规矩散布的程度不会很大。因而，在未挖空的部位张贴电阻应变片，就能使测得的应力（应变）与被测力根本坚持严厉的对应联系。
上述处理办法实践上出于这样一个原理：经过某种办法，使弹性体上的应力（应变）会集散布在便于贴片检测的部位，完成测得的应力（应变）与被测力根本坚持严厉的对应联系，以确保传感器的测力精度。
作者曾用上述办法对筒式测力传感器进行改善。改善前的一般筒式传感器测力差错大于1% F.S.，改善后（部分挖空）的筒式传感器测力差错为0.1~0.3%F.S.，测力精度显着进步。
三、进步应力（应变）水平的应力会集准则
若要测力传感器到达较高的灵敏度，一般应该使电阻应变片有较高的应变水平，即在弹性体上贴片部位应该有较高的应力（应变）水平。
完成弹性体上贴片部位到达较高应力（应变）水平有两种常用的办法：
（1）全体减小弹性体的尺度，全面进步弹性体上的应力（应变）水平；
（2）在贴片部位邻近对弹性体进行部分削弱，使贴片部位部分应力（应变）水平进步，而弹性体其它部位的应力（应变）水平根本不变。
以上两种办法都可以进步贴片部位的应力（应变）水平，但对弹性体全体功能而言，部分削弱弹性体的作用要远好于全体减小弹性体尺度。由于部分削弱弹性体既能进步贴片部位的应力（应变）水平，又使得弹性体全体坚持较高的强度和刚度，有利于进步传感器的功能和运用作用。
部分削弱弹性体进步贴片部位应力（应变）水平的原理是：经过部分削弱弹性体，形成部分的应力会集，使得应力会集部位的应力（应变）水平显着高于弹性体其它部位的应力水平，将电阻应变片张贴于应力会集部位，就可以测得较高的应变水平。
部分应力（应变）会集的办法在测力传感器的规划中常常被选用，尤其在梁式测力传感器（如曲折梁式和剪切梁式测力传感器）的弹性体规划中被广泛运用。部分应力（应变）会集办法运用较为成功的当数剪切梁式测力传感器。剪切梁式测力传感器是经过检测梁式弹性体上的剪应力（剪应变）完成测力的，其弹性体的结构如图3 所示（为了便于阐明问题，这儿仅以一简支梁式的弹性体为例）。
由材料力学中有关梁的应力散布常识可知，当梁接受横向（曲折）载荷时，在梁的中性层处剪应力（剪应变）最大。假如要检测梁上的剪应变，应该在梁的中性层处贴片。为了进步贴片处的剪应力（剪应变）水平，可将弹性体两边各挖一个盲孔（见图3的2处），盲孔的中心应在中性层处。电阻应变片应该张贴在盲孔的底面上，即图3中工字形断面（A－A剖面）的腹板上。
关于梁形构件来说，其曲折强度是首要矛盾。在一个梁满意曲折强度的状况下，剪切强度一般裕量较大。当在中性层邻近挖盲孔后，该截面上腹板上的剪应力（剪应变）显着进步，可是该截面上的曲折应力进步很小。因而，剪切梁式弹性体运用部分应力会集计划后，被检测的剪应变大大进步，使该测力传感器的灵敏度显着进步，而对整个梁的曲折强度影响很小，使整个梁坚持了杰出的强度和刚度。
四、小结
在测力传感器的规划过程中，如能自觉地依照上述两种应力会集的准则，对弹性体进行结构规划，就可以收到进步测力传感器的测力精度和测力灵敏度的杰出作用。灵敏、恰当地运用应力会集的准则，关于规划和出产高功能的测力传感器具有重要的有用含义。
