設(shè)計(jì)柱式測(cè)力傳感器的應(yīng)力集中原則講解柱式測(cè)力傳感器的彈性體的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)尺寸對(duì)測(cè)力傳感器性能的影響*?？梢哉f(shuō)，測(cè)力傳感器的性能主要取決于其彈性體的形狀及相關(guān)尺寸。如果測(cè)力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)不合理，無(wú)論彈性體的加工精度多高、粘貼的電阻應(yīng)變片的品質(zhì)多好，測(cè)力傳感器都難以達(dá)到較高的測(cè)力性能。因此，在測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)彈性體進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
彈性體的設(shè)計(jì)基本屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范圍，但因測(cè)力性能的需要，其結(jié)構(gòu)上與普通的機(jī)械零件和構(gòu)件有所不同。一般說(shuō)來(lái)，普通的機(jī)械零件和構(gòu)件只須滿(mǎn)足在足夠大的安全系數(shù)下的強(qiáng)度和剛度即可，對(duì)在受力條件下零件或構(gòu)件上的應(yīng)力分布情況不必嚴(yán)格要求。然而，對(duì)于彈性體來(lái)說(shuō)，除了需要滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求以外，必須保證彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片部位（“貼片部位”）的應(yīng)力（應(yīng)變）與彈性體承受的載荷（被測(cè)力）保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)，為了提高測(cè)力傳感器測(cè)力的靈敏度，還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高應(yīng)力（應(yīng)變）水平。
由此可見(jiàn)，彈性體設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿(mǎn)足以下兩項(xiàng)要求：
1.貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）應(yīng)與被測(cè)力保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系；
2.貼片部位應(yīng)具有較高應(yīng)力（應(yīng)變）水平。
滿(mǎn)足上述兩項(xiàng)要求，柱式測(cè)力傳感器彈性體設(shè)計(jì)方面，經(jīng)常應(yīng)用“應(yīng)力集中”設(shè)計(jì)原則，確保貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）水平較高，并與被測(cè)力保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，以提高所設(shè)計(jì)測(cè)力傳感器測(cè)力靈敏度和測(cè)力精度。
改善應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布“應(yīng)力集中”原則：
機(jī)械零件或構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常認(rèn)為應(yīng)力（應(yīng)變）零件或構(gòu)件上是規(guī)則分布，零件或構(gòu)件截面形狀不發(fā)生變化，不必考慮應(yīng)力（應(yīng)變）分布不規(guī)則問(wèn)題。其實(shí)，機(jī)械零件或構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布問(wèn)題并非不予考慮，強(qiáng)度計(jì)算中安全系數(shù)將其包容內(nèi)了。
柱式測(cè)力傳感器是電阻應(yīng)變片測(cè)量彈性體上貼片部位應(yīng)變來(lái)測(cè)量被測(cè)力大小。若要保證貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上就是保證測(cè)力傳感器受力時(shí)，彈性體上貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）要某一規(guī)律分布。實(shí)際應(yīng)用中，彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）分布影響較大因素主彈性體受力條件變化。
彈性體受力條件變化是指當(dāng)彈性體受力大小不變時(shí)，力作用點(diǎn)發(fā)生變化或彈性體相鄰加載構(gòu)件和承載構(gòu)件接觸條件發(fā)生變化。彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未能考慮這一情況，就可能造成彈性體上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不規(guī)則變化。這方面典型實(shí)例是柱式測(cè)力傳感器。
當(dāng)柱式測(cè)力傳感器上、下端面均勻受力時(shí)，彈性體貼片部位整個(gè)圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布是均勻。當(dāng)上、下兩個(gè)端面上受力情況發(fā)生變化后，力兩個(gè)端面作用情況不再是均勻分布，這時(shí)彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布情況就難以預(yù)料了。柱式測(cè)力傳感器彈性體高度與直徑之比足夠大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）基本上均勻分布。實(shí)際應(yīng)用中，通常很少能為測(cè)力傳感器提供較大安裝空間位置，柱式測(cè)力傳感器彈性體高度與直徑之比很難做到足夠大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）將不均勻分布，不均勻分布情況隨彈性體受力情況變化而改變。這樣條件下，彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力不能保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，將造成明顯測(cè)力誤差。
減小彈性體受力條件變化引起測(cè)力誤差，有些傳感器設(shè)計(jì)者采取柱式測(cè)力傳感器彈性體上增加貼片數(shù)量方法，盡可能將彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻情況測(cè)量出來(lái)。這樣處理方法有一定效果，可以減小彈性體受力條件變化引起測(cè)力誤差。但這種方法畢竟是一種被動(dòng)方法，增加貼片數(shù)量總是有限，很難把彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻情況全部測(cè)量出來(lái)，測(cè)力誤差減小程度不夠顯著。
彈性體受力條件變化引起測(cè)力誤差實(shí)質(zhì)是彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布，能使彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布受到一定條件約束，迫使貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）某一規(guī)律分布，使彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）與被測(cè)力基本保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此來(lái)減小因彈性體受力條件變化引起測(cè)力誤差。