正应力传感器与剪应力传感器

正应力传感器与剪应力传感器

    六十年代测力与称重传感器的弹性组件（俗称弹性体），已发展成柱式、筒式、环式及梁式等多种结构。随着箔式应变片本身工艺技术及应用技术和电子技术的进步，使负荷传感器的精度有了进一步的提高，在美国出现了具有0.1%称重准确度的电子秤，在七十年代中对7 0%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造，使称重传感器作为称重传感组件，引起了人们的极大关注。

    在电阻应变式测力与称重传感器发明、生产以来的二、三十年中，传感器的弹性体组件都是采用圆柱、圆筒、圆环、板环和各种梁式结构。在测量过程中都是利用拉伸、压缩和弯曲应力，即正应力的原理，因此统称这类传感器为正应力传感器。人们根据在长期使用正应力型传感器的实践中发现的问题，对其弹性组件的结构作了进一步的分析研究，找到了其固有的缺点。其主要缺点归纳起来有：加力点的变化会引起灵敏度的较大变化；进行拉、压循环加载时灵敏度的偏差比较大；抗偏心载荷和侧向载荷的能力差；需要较大的高度或宽度，故体积大；不能进行小载荷的测量等。这些问题影响了测力与称重传感器主要技术指标的提高。

    为了克服正应力式测力与称重传感器的固有缺点，从六十年代中期，人们就开始从分析、研究弹性组件力学模型的基本原理入手，对弹性组件进行改进。研究表明，应变梁中的剪应力t与梁的弯矩M无关，仅是剪力Q的函数。鉴于剪应力本身是不能测量的，但它能产生于中性轴呈45'方向的互相垂直的两个大小相等而且拉、压成双的主应力。因此，可以通过对平面应力状态下主应力平面上的主拉伸应力和主压缩应力分别产生的拉伸和压缩的测量，以达到测力与称重的目的。美国学者霍利斯特姆(Hollistem)于1973年提出了不利用弹性组件的正应力，而利用与弯矩无关的切应力

原理来设计称重传感器弹性体的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型传感器，这是称重传感器结构设计的重大突破，进一步提高了测量准确度，有力地推动了称重传感器的发展和应用范围的扩大。

    随着数值计算方法和电子计算机技术的进步，1974年，美国学者斯坦因(Stein)和德国学者埃多姆(Edom)分别提出建立弹性体力学模型，利用有限元计算方法，分析弹性体的强度、刚度、应力场和位移场，以取得弹性体结构的最佳设计，为新型传感器设计提供了可靠的技术保证。