正應力傳感器與剪應力傳感器

正應力傳感器與剪應力傳感器

    六十年代測力與稱重傳感器的彈性組件（俗稱彈性體），已發展成柱式、筒式、環式及梁式等多種結構。隨著箔式應變片本身工藝技術及應用技術和電子技術的進步，使負荷傳感器的精度有了進一步的提高，在美國出現了具有0.1%稱重準確度的電子秤，在七十年代中對7 0%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造，使稱重傳感器作為稱重傳感組件，引起了人們的極大關注。

    在電阻應變式測力與稱重傳感器發明、生產以來的二、三十年中，傳感器的彈性體組件都是采用圓柱、圓筒、圓環、板環和各種梁式結構。在測量過程中都是利用拉伸、壓縮和彎曲應力，即正應力的原理，因此統稱這類傳感器為正應力傳感器。人們根據在長期使用正應力型傳感器的實踐中發現的問題，對其彈性組件的結構作了進一步的分析研究，找到了其固有的缺點。其主要缺點歸納起來有：加力點的變化會引起靈敏度的較大變化；進行拉、壓循環加載時靈敏度的偏差比較大；抗偏心載荷和側向載荷的能力差；需要較大的高度或寬度，故體積大；不能進行小載荷的測量等。這些問題影響了測力與稱重傳感器主要技術指標的提高。

    為了克服正應力式測力與稱重傳感器的固有缺點，從六十年代中期，人們就開始從分析、研究彈性組件力學模型的基本原理入手，對彈性組件進行改進。研究表明，應變梁中的剪應力t與梁的彎矩M無關，僅是剪力Q的函數。鑒于剪應力本身是不能測量的，但它能產生于中性軸呈45'方向的互相垂直的兩個大小相等而且拉、壓成雙的主應力。因此，可以通過對平面應力狀態下主應力平面上的主拉伸應力和主壓縮應力分別產生的拉伸和壓縮的測量，以達到測力與稱重的目的。美國學者霍利斯特姆(Hollistem)于1973年提出了不利用彈性組件的正應力，而利用與彎矩無關的切應力

原理來設計稱重傳感器彈性體的理論，并設計出圓截工字形截面懸臂剪切梁型傳感器，這是稱重傳感器結構設計的重大突破，進一步提高了測量準確度，有力地推動了稱重傳感器的發展和應用范圍的擴大。

    隨著數值計算方法和電子計算機技術的進步，1974年，美國學者斯坦因(Stein)和德國學者埃多姆(Edom)分別提出建立彈性體力學模型，利用有限元計算方法，分析彈性體的強度、剛度、應力場和位移場，以取得彈性體結構的最佳設計，為新型傳感器設計提供了可靠的技術保證。