随着测试技术的发展,越来越多的工业生产场合需要传感器的参与来完成生产过程的监测,而由于生产水平的不断提高,某些应用场合对于传感器提出了新的更高的要求。例如在搅拌摩擦焊工作过程中,焊头处的力往往在10KN以上,焊接位置在时刻变化,因此为了对焊接过程进行实时反馈控制,实现对大量程焊接力进行分载测量的同时,对于变加载点外力的准确测量也成为关键：另一方面搅拌摩擦焊的焊接平面尺寸很大,而工件往往较薄,由此带来的刚度不足成为另一个需要解决的难题。从上述应用领域的需求出发,本文以压电石英传感器作为核心敏感元件,拟设计一种具有分载功能的测力仪,实现对多维、大量程、变加载点外力的测量。为实现对大量程力的分载测量,本文首先对测力仪的轴向及横向分载原理进行了叙述,设计了挖环式和开槽式两种形式的分载结构,通过仿真比较最大变形量及实际加工可行性最终确定采用开槽式分载结构。在确定采用传感器四点正方形布置的基础上,为解决测试平面刚度较小的困难,决定将分载结构也按照四点正方形布置的方式布置于传感器范围内。设计了拥有30mm、60mm、90mm三种分载结构跨距的测力仪上下板,确定了弹性预紧方式及预紧力的大小,设计了一种装配定位销,以保证装配精度,并对装配过程进行了详细叙述。利用ANSYS Workbench对测力仪进行了静力学仿真分析,接着对测力仪进行了轴向和横向的加载试验,通过比较三种分载结构跨距的输出曲线二次项系数、分载比、不同加载点传感器输出最大最小差值,发现轴向不同点加载传感器输出最大最小值出现40%左右的偏差,横向出现10%左右的偏差。通过增加凸台提高接触精度改进了测力仪,并对改进后的测力仪进行了加载试验,试验结果仍存在很大偏差。最后通过将传感器输出曲线视为标定曲线,寻找不同点加载时传感器输出之间的关系,针对测力仪输出非线性的问题提出了传感器输出曲线比例计算法,按此方法计算未知外载荷,轴向和横向误差均可控制在1%以内,达到了较为理想的测量目标。