測試技術第十三章力學參數(shù)的測量

1、測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量第十三章第十三章 力學參數(shù)的測量力學參數(shù)的測量內容提要：內容提要：13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量13-2 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術測試技術測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量學習要求：學習要求： 完成本章內容的學習后應能做到：完成本章內容的學習后應能做到： 1.1.掌握掌握電阻應變計和電橋的基本原理及其應用電阻應變計和電橋的基本原理及其應用2.2.掌握掌握應力應變、力和轉矩測量的基本原理應力應變、力和轉矩測量的基本原理 第十三章第十三章 力學參數(shù)的測量力學參數(shù)的測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 了解和掌握機械結構的受力

2、狀態(tài)的方法：了解和掌握機械結構的受力狀態(tài)的方法： (1) (1) 理論分析理論分析 (2) (2) 實驗分析實驗分析 基本作用：基本作用： (1) (1) 分析研究機械結構的受力狀態(tài)；分析研究機械結構的受力狀態(tài)； (2) (2) 驗證設計理論的正確性；驗證設計理論的正確性； (3) (3) 設計制作標準力學傳感器；設計制作標準力學傳感器； (4) (4) 了解和掌握機械設備在實際工作中的安全性。了解和掌握機械設備在實際工作中的安全性。第十三章第十三章 力學參數(shù)的測量力學參數(shù)的測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量第十三章第十三章 力學參數(shù)的測量力學參數(shù)的測量 分類分類:按測量目的分：研究性測

3、量和檢驗性測量按測量目的分：研究性測量和檢驗性測量按測量對象分：實物測量和模型測量按測量對象分：實物測量和模型測量按測量設備分：靜態(tài)測量和動態(tài)測量按測量設備分：靜態(tài)測量和動態(tài)測量 應變電測優(yōu)點：應變電測優(yōu)點：1、應變片尺寸小，一般不會影響構件的應力狀態(tài)；、應變片尺寸小，一般不會影響構件的應力狀態(tài)；2、測量靈敏度高，最小應變讀數(shù)可達、測量靈敏度高，最小應變讀數(shù)可達10-63、頻率響應快，可測量從靜態(tài)到、頻率響應快，可測量從靜態(tài)到500khz的動態(tài)應變；的動態(tài)應變；13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量4 4、特殊環(huán)境下測量應變；、特殊環(huán)境下測量應變；5 5、易實現(xiàn)

4、測量過程自動化和遠距離傳輸；、易實現(xiàn)測量過程自動化和遠距離傳輸；6 6、制成各種應變傳感器。、制成各種應變傳感器。 缺點：缺點：1 1、逐點測量，不易得到構件的全域性應力應變、逐點測量，不易得到構件的全域性應力應變場（分布）；場（分布）；2 2、一般只能測量構件表面的應變；、一般只能測量構件表面的應變；3 3、應變片所測應變值是其敏感柵覆蓋面積內構、應變片所測應變值是其敏感柵覆蓋面積內構件表面的平均應變。件表面的平均應變。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量1324001234()()rrr ruerrrr 若各橋臂電阻的初值相等，若各橋臂電阻的初值

5、相等，ri=r，組成全等臂，組成全等臂電橋，有電橋，有 )(4432100rrrrrrrreu 在受力構件的測點處，按其應變方向，粘貼應在受力構件的測點處，按其應變方向，粘貼應變片變片r1、r2、r3、r4，組成電橋，輸出電壓：，組成電橋，輸出電壓：13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量一、應變儀中電橋的輸出特性一、應變儀中電橋的輸出特性測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量001234()4euk krr根據(jù)應變片的變換原理根據(jù)應變片的變換原理有：有：1 1）應力測量的基本步驟：）應力測量的基本步驟： 選擇測點選擇測點粘貼應變片粘貼應變片組成測量電路和系組成測量電路和系統(tǒng)統(tǒng)應力應變的換算

6、。應力應變的換算。 13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量二、應變片的布片和接橋二、應變片的布片和接橋2 2）測點的選擇與確定）測點的選擇與確定測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 根據(jù)應以最少的測點達到足夠真實地反映結構根據(jù)應以最少的測點達到足夠真實地反映結構受力狀態(tài)的原則，來選擇測點。為此，一般應考慮：受力狀態(tài)的原則，來選擇測點。為此，一般應考慮： 13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量 預先對結構進行大致的受力分析，預測其變預先對結構進行大致的受力分析，預測其變形形式，找出危險斷面及危險位置。這些地方一形形式，找出危險斷面及危險位置。這些地方一般是處在應力最大或變形最大的部位

7、，而最大應般是處在應力最大或變形最大的部位，而最大應力一般又是在彎矩、剪力或扭矩最大的截面上。力一般又是在彎矩、剪力或扭矩最大的截面上。然后。根據(jù)受力分析和測試要求，結合實踐經驗然后。根據(jù)受力分析和測試要求，結合實踐經驗最后選定測點。最后選定測點。測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 在截面尺寸急劇變化的部位或因孔、槽導致應力在截面尺寸急劇變化的部位或因孔、槽導致應力集中的部位，應適當多布置一些測點，以便了解這些集中的部位，應適當多布置一些測點，以便了解這些區(qū)域的應力梯度情況。區(qū)域的應力梯度情況。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量 如果最大應力點的位置難以確定，或者為了了如果最大應力

8、點的位置難以確定，或者為了了解截面應力分布規(guī)律和曲線輪廓段應力過渡的情況，解截面應力分布規(guī)律和曲線輪廓段應力過渡的情況，可在截面上或過渡段上比較均勻地布置可在截面上或過渡段上比較均勻地布置5 57 7個測點。個測點。 利用結構與載荷的對稱性，以及對結構邊界條利用結構與載荷的對稱性，以及對結構邊界條件的有關知識來布置測點，往往可以減少測點數(shù)目，件的有關知識來布置測點，往往可以減少測點數(shù)目，減輕工作量。減輕工作量。 可以在不受力或已知應變、應力的位置上安排一可以在不受力或已知應變、應力的位置上安排一個測點，以便在測試時進行監(jiān)視和比較，有利于檢查個測點，以便在測試時進行監(jiān)視和比較，有利于檢查測試結果

9、的正確性。測試結果的正確性。測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 貼片與接橋原則：貼片與接橋原則：分析構件受力性質，了解其應力分布規(guī)律，選分析構件受力性質，了解其應力分布規(guī)律，選擇其主應力最大、最能反映力學規(guī)律的點作為擇其主應力最大、最能反映力學規(guī)律的點作為貼片位置。貼片位置。3)3)應變片粘貼方向確定應變片粘貼方向確定 應力測量的關鍵問題應力測量的關鍵問題: :最大應變方向。最大應變方向。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量按電橋和差特性組橋，得到欲測應變的輸出，按電橋和差特性組橋，得到欲測應變的輸出，且靈敏度高，非線性誤差小。且靈敏度高，非線性誤差小。當測量載荷時，貼片位置的應變應

10、與外載荷成當測量載荷時，貼片位置的應變應與外載荷成線性關系（避開非線性區(qū)）。線性關系（避開非線性區(qū)）。測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量1)1)單向應力單向應力a a、簡單的拉（壓）桿件的拉（壓）應力；、簡單的拉（壓）桿件的拉（壓）應力；b b、純彎曲構件的彎曲應力；、純彎曲構件的彎曲應力；c c、復雜應力構件的棱邊。、復雜應力構件的棱邊。三、貼片方位與應力應變計算三、貼片方位與應力應變計算13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量軸向拉伸（壓縮）載荷下布片接橋軸向拉伸（壓縮）載荷下布片接橋測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量軸向拉伸（壓縮）載荷下布片接橋軸向拉伸（壓縮）載荷下布片接橋13

11、-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量2)2)已知平面主應力方向已知平面主應力方向a a、薄壁壓力容器、薄壁壓力容器 b b、純扭軸的表面應力、純扭軸的表面應力 薄壁壓力容器的貼薄壁壓力容器的貼片和布橋如圖所示片和布橋如圖所示平面應力狀態(tài)平面應力狀態(tài)13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量)(12121e)(11222e2sin22cos22xyyxyx3） 未知主應力方向未知主應力方向在測點處，設定在測點處，設定 x、y坐標方向坐標方向假設假設x、y方向的應力與應變?yōu)榉较虻膽εc應變?yōu)閤、y、xy 和和x、y、xy

12、； 13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量平面應力狀態(tài)下，主應力與應變的關系平面應力狀態(tài)下，主應力與應變的關系 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 只要對任意三個已知方向只要對任意三個已知方向1、2、3進行應變進行應變測量，得出其相應的測量，得出其相應的i，就可得出三個方程，聯(lián)，就可得出三個方程，聯(lián)立求解得出立求解得出x、y方向的應變方向的應變x、y、xy，并最終，并最終得出測點處的主應力得出測點處的主應力maxmin和主應力方向和主應力方向角。角。)(12yxxe)(12xyyexyxye)1 (213-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量測點處

13、的測點處的主應力大小、主應力方向主應力大小、主應力方向為為 22max22xyyxyx22min22xyyxyx2tan2xyxy 實際應用：實際應用： 取取1、2、3為特殊夾角，如為特殊夾角，如0、45、 90、 或0、60、120等。等。 做成應變花。做成應變花。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量四、四、 應力應變測量系統(tǒng)應力應變測量系統(tǒng)應變片應變片靜動態(tài)應變儀靜動態(tài)應變儀動態(tài)應變儀動態(tài)應變儀超動態(tài)應變儀超動態(tài)應變儀磁帶記錄儀磁帶記錄儀光線示波器光線示波器電子示波器電子示波器筆式記錄儀筆式記錄儀計算機計算機照相機照相機濾波器濾波器頻譜分析儀頻譜

14、分析儀0-200hz0-10khz200khz0-10khz0-80hz0-1mhz0-5khz圖圖13-2 應力應變測量系統(tǒng)框圖應力應變測量系統(tǒng)框圖13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量1 1）應變片性能誤差）應變片性能誤差 a a、橫向效應誤差、橫向效應誤差 b b、溫度誤差、溫度誤差2 2）粘貼工藝誤差）粘貼工藝誤差 a a、粘貼質量、粘貼質量 b b、粘貼位置誤差、粘貼位置誤差 3)3)導線電阻影響導線電阻影響 13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量五、提高測量精度的措施五、提高測量精度的措施 應變測量產生誤差原因分析：應變測量產生誤差原

15、因分析： 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量 提高測量精度的措施提高測量精度的措施1 1、選擇合適的儀器并準確標定、選擇合適的儀器并準確標定 根據(jù)測試對象選擇靜、動態(tài)特性滿足要求的儀根據(jù)測試對象選擇靜、動態(tài)特性滿足要求的儀器，并在實測之前對儀器及組成的測試系統(tǒng)進行器，并在實測之前對儀器及組成的測試系統(tǒng)進行標定，準確地確定輸入與輸出地量值關系；測定標定，準確地確定輸入與輸出地量值關系；測定系統(tǒng)的頻率響應；以及環(huán)境因素對靈敏度的影響系統(tǒng)的頻率響應；以及環(huán)境因素對靈敏度的影響等。標定時的條件力求與工作條件一致。等。標定時的條件力求與工作條件一致。測試技術

16、課件第十三章 力學參數(shù)的測量 設應變片用兩根導線連接到測量儀器，電阻為設應變片用兩根導線連接到測量儀器，電阻為rl，則由應變電測原理的：則由應變電測原理的：()lr rrk儀實際應變實際應變與應變片本身電阻相對變化之間的關系為與應變片本身電阻相對變化之間的關系為r rk 由于導線電阻影響，使所測得的應變值由于導線電阻影響，使所測得的應變值儀儀與實際與實際應變值應變值之間產生一系統(tǒng)誤差。將上兩式相除得之間產生一系統(tǒng)誤差。將上兩式相除得(1)lrr儀2 2、消除導線電阻引起的影響、消除導線電阻引起的影響13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 在單臂測量時，

17、如果每個應變片用兩根長導線與在單臂測量時，如果每個應變片用兩根長導線與應變儀連接，其橋臂電阻為應變儀連接，其橋臂電阻為2lrrrr式中式中 r為一根導線得電阻值，則修正公式可寫為為一根導線得電阻值，則修正公式可寫為(12)r r儀 對半橋測量電路，若每個應變片僅用一根長導線對半橋測量電路，若每個應變片僅用一根長導線與儀器連接，另一端采用一根公共導線方式，則與儀器連接，另一端采用一根公共導線方式，則工作臂得電阻值為工作臂得電阻值為r+r，修正公式為：，修正公式為：(1)r r儀13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量3 3、補償溫度影響、補償溫度影響 應變

18、片粘貼到構件上后，當環(huán)境溫度發(fā)生應變片粘貼到構件上后，當環(huán)境溫度發(fā)生t t變化變化時，試件表面上應變片得輸出應變?yōu)椋簳r，試件表面上應變片得輸出應變?yōu)椋?21()ttk 儀 上式中得的后兩項是由于溫度變化所產生的虛上式中得的后兩項是由于溫度變化所產生的虛假應變值，也是應變測量中不需要的部分，但它假應變值，也是應變測量中不需要的部分，但它對測量結果精度的影響不可忽視。對測量結果精度的影響不可忽視。 溫度補償：一是采用溫度自補償應變片；二是溫度補償：一是采用溫度自補償應變片；二是采用橋路補償法。采用橋路補償法。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量4 4、應

19、變片橫向效應的修正、應變片橫向效應的修正 在單向應力狀態(tài)下，若應變片的縱向應變?yōu)樵趩蜗驊顟B(tài)下，若應變片的縱向應變?yōu)閤 x，縱向靈敏系數(shù)為縱向靈敏系數(shù)為k kx x，橫向應變?yōu)?，橫向應變?yōu)?，橫，橫向靈敏系數(shù)為向靈敏系數(shù)為k ky y時，則應變片的電阻變化率為：時，則應變片的電阻變化率為：橫向效應；橫向效應系數(shù)橫向效應；橫向效應系數(shù)yx (1)yyxxyyxxxxkrkkkrk 橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系數(shù)的比值稱為橫向橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系數(shù)的比值稱為橫向效應系數(shù)，以效應系數(shù)，以h h表示，從而表示，從而(1)xxrkhr13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力

20、學參數(shù)的測量由標定梁確定的電阻變化率與縱向應變的關系為由標定梁確定的電阻變化率與縱向應變的關系為xrkr由上兩式得由上兩式得(1)xkkh 實測條件與實測條件與k值測定條件不一致時，就會出現(xiàn)誤值測定條件不一致時，就會出現(xiàn)誤差。設此時測點的真實應變?yōu)椴?。設此時測點的真實應變?yōu)閤和和 y，應變儀，應變儀指示的應變?yōu)橹甘镜膽優(yōu)閮x儀，則，則()(1)1xxyxyxkhhrkrkhh儀13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量100%() 100%1yxhxxhh儀指示應變與真實應變的相對誤差為指示應變與真實應變的相對誤差為 上式即為計算橫向效應誤差的一般公式，其

21、中上式即為計算橫向效應誤差的一般公式，其中橫向效應系數(shù)橫向效應系數(shù)h由實驗確定。由實驗確定。5 5、減小貼片誤差、減小貼片誤差 設預定測點基準線與主應變方向夾角為設預定測點基準線與主應變方向夾角為，而實，而實際粘貼方向為際粘貼方向為+。沿預定被測方向的應變。沿預定被測方向的應變用主應變表示為用主應變表示為1212cos22213-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量12()sin(2)sin 由于粘貼方向不準，實際測出應變由于粘貼方向不準，實際測出應變?yōu)椋簽椋?212cos2()22 應變測量誤差應變測量誤差為為 由上式可見，粘貼方向不準引起的誤差不僅與由

22、上式可見，粘貼方向不準引起的誤差不僅與有關，還與預定測量方向應變與主應變方向有關，還與預定測量方向應變與主應變方向夾角夾角有關，而且夾角有關，而且夾角越大，誤差也越大。越大，誤差也越大。13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量6 6、應變片動態(tài)響應和疲勞壽命影響、應變片動態(tài)響應和疲勞壽命影響13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量六、電阻應變計六、電阻應變計1 1、電阻應變計的工作特性、電阻應變計的工作特性1)1)應變計的靈敏系數(shù)應變計的靈敏系數(shù) 2)2)可測應變范圍可測應變范圍 3)3)溫度的影響溫度的影響 4)4)應變計的橫向效應應變計的橫向效應

23、 5)5)工作環(huán)境的影響工作環(huán)境的影響 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量2 2、應變計的選用、應變計的選用 1)1)應變計幾何參數(shù)的選擇應變計幾何參數(shù)的選擇2)2)電阻值的選擇電阻值的選擇3)3)靈敏系數(shù)的選擇靈敏系數(shù)的選擇 4)4)應變計類型的選擇應變計類型的選擇 3 3、電阻應變計的粘貼與防護、電阻應變計的粘貼與防護 1)1)常用粘結劑的種類與性能常用粘結劑的種類與性能氰基丙烯酸氰基丙烯酸 、環(huán)氧樹脂型、環(huán)氧樹脂型 、酚醛樹脂型、酚醛樹脂型 、氯仿、氯仿 等。等。2)2)電阻應變計的粘貼電阻應變計的粘貼 13-1 13-1 應力應變測量應力應變測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量m

24、prbrbrbrbr1r2圖圖13-3 拉彎組合應力下測量拉力拉彎組合應力下測量拉力13-1 應力應變測量應力應變測量例例1:在在p、m作用下，消除彎矩作用下，消除彎矩m的影響，測量拉的影響，測量拉力力p的應變。的應變。 布片和接橋如圖布片和接橋如圖13-3: 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量13-2 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量 隨機載荷隨機載荷通過力和轉矩的測量，了解和研究零件和構件通過力和轉矩的測量，了解和研究零件和構件的內部受力情況和工作狀態(tài)，為改進設計和提的內部受力情況和工作狀態(tài)，為改進設計和提高設備性能提供依據(jù)。高設備性能提供依據(jù)。一、力的測量方法一、力的測量方法 直接比

25、較法和間接比較法。直接比較法和間接比較法。 第十三章第十三章 力學參數(shù)測量力學參數(shù)測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量1 1、直接比較法、直接比較法 根據(jù)力的平衡原理，與基準量直接比較的根據(jù)力的平衡原理，與基準量直接比較的方法。方法。 通過天平測量物體的重量通過天平測量物體的重量基于靜態(tài)重力或基于靜態(tài)重力或力矩平衡。力矩平衡。 簡單易行，測量精度較高，適用于靜態(tài)測量。簡單易行，測量精度較高，適用于靜態(tài)測量。力值大時不易加載。力值大時不易加載。2 2、間接比較法、間接比較法 將被測力通過轉換元件成比例地轉換為其將被測力通過轉換元件成比例地轉換為其他物理量，間接地與基準量進行比較的方法。他物理

26、量，間接地與基準量進行比較的方法。13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 間接法的測量精度取決于包括傳感器在內的測間接法的測量精度取決于包括傳感器在內的測試系統(tǒng)的精度和標定精度。試系統(tǒng)的精度和標定精度。 間接測量的轉換元件：彈性式、液壓式、電參間接測量的轉換元件：彈性式、液壓式、電參量式。如圖量式。如圖13-413-4所示。所示。二、常用的測力傳感器二、常用的測力傳感器 測力傳感器測力傳感器分類分類： 按用途分：力、壓力、轉矩傳感器等按用途分：力、壓力、轉矩傳感器等 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量erf特點：特點： 測力范

27、圍大（測力范圍大（mn108n），非線性誤差），非線性誤差0.5%，測量精度可控制在測量精度可控制在0.1%以內（配套儀器具有相當高以內（配套儀器具有相當高的精度和穩(wěn)定性）。的精度和穩(wěn)定性）。 按工作原理分：電阻應變式、電感式、電容式、按工作原理分：電阻應變式、電感式、電容式、壓電式、壓磁式、壓阻式等壓電式、壓磁式、壓阻式等力傳感器用途：力傳感器用途： 測力、稱重（荷重傳感器）測力、稱重（荷重傳感器）電阻應變式測力傳感器原理電阻應變式測力傳感器原理： 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量按彈性元件的結構形式分類：按彈性元件的結構形式分類： 柱式、環(huán)式、梁式、輪

28、輻式等柱式、環(huán)式、梁式、輪輻式等 1、柱式力傳感器、柱式力傳感器 特點：特點： 結構簡單，加工方便，具有較大的強度和剛度，結構簡單，加工方便，具有較大的強度和剛度，可測量較大載荷（可測量較大載荷（107n） 可用于拉力、壓力和稱重系統(tǒng)?？捎糜诶Α毫头Q重系統(tǒng)。 當作用力偏離軸線方向時，將使元件受到附加當作用力偏離軸線方向時，將使元件受到附加的橫向力和彎矩，產生測量誤差。的橫向力和彎矩，產生測量誤差。13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量柱式力傳感器彈性元件柱式力傳感器彈性元件13-2 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量ae

29、fe fa，一般取，一般取為屈服極限的為屈服極限的1/51/4。 fa 根據(jù)強度條件確定。根據(jù)強度條件確定。 措施：措施：合理布置應變片和組橋等來減小影響。合理布置應變片和組橋等來減小影響。在載荷比較小時，多采用圓筒型在載荷比較小時，多采用圓筒型 （柱式力傳感器（柱式力傳感器 ）傳感器結構尺寸設計：傳感器結構尺寸設計： 1 1）徑向尺寸）徑向尺寸彈性元件應力與應變的關系彈性元件應力與應變的關系 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量4 fd2 2）筒體長度）筒體長度 貼片在應變均勻區(qū)，貼片在應變均勻區(qū)， dl2.1 在筒體受壓時筒體穩(wěn)定，在筒體受壓時筒體穩(wěn)定，

30、dl5 . 2 （動態(tài)測量時）彈性元件固有振動頻率（動態(tài)測量時）彈性元件固有振動頻率 613210eglf實心圓柱實心圓柱13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量0021eaekfu靈敏度靈敏度 aekfeu2100 電壓靈敏度，意義是單位供橋電壓時，傳感器電壓靈敏度，意義是單位供橋電壓時，傳感器在額定載荷下的輸出電壓，單位是在額定載荷下的輸出電壓，單位是mv/v，通，通常取常取0.52.5 mv/v。電壓靈敏度是傳感器設計。電壓靈敏度是傳感器設計的原始依據(jù)。的原始依據(jù)。組成全橋組成全橋3）輸出電壓）輸出電壓13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章

31、力學參數(shù)的測量圖圖13-5 13-5 梁式傳感器梁式傳感器13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量2、梁式力傳感器、梁式力傳感器 特點：結構簡單，靈敏度高。特點：結構簡單，靈敏度高。 類型：等截面梁，適合于類型：等截面梁，適合于5kn以下的載荷測量。以下的載荷測量。測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量 等強度梁，梁內各截面等強度梁，梁內各截面的應力相等，與長度方向的的應力相等，與長度方向的粘貼位置無關。粘貼位置無關。 上下表面粘貼應變片，上下表面粘貼應變片，可組成半橋或全橋。可組成半橋或全橋。 梁的最大應力和應變發(fā)生在梁的根部梁的最大應力和應變發(fā)生在梁的根部x=l處

32、。處。根據(jù)梁的根部的應力來計算梁的強度、確定梁根據(jù)梁的根部的應力來計算梁的強度、確定梁的幾何尺寸。的幾何尺寸。3、輪輻式力傳感器、輪輻式力傳感器 形狀象一個車輪，在輪圈與輪轂之間成對布形狀象一個車輪，在輪圈與輪轂之間成對布置輪輻。置輪輻。 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 結構高度低，精度高，抗偏心載荷能力強，但結構高度低，精度高，抗偏心載荷能力強，但加工困難（輪輻式彈性元件）。加工困難（輪輻式彈性元件）。設計傳感器結構時要求：設計傳感器結構時要求：1 1）保證輪圈和輪轂的剛度）保證輪圈和輪轂的剛度2 2）保證輪輻的強度）保證輪輻的強度3 3）保證輪輻承受純剪切作用）保證輪輻承受純剪切作用

33、4 4）輪輻長度在保證貼片的情）輪輻長度在保證貼片的情況下，盡可能小。況下，盡可能小。13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量輪輻式彈性元件輪輻式彈性元件測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量三、空間力系測量裝置三、空間力系測量裝置 對未知作用方向對未知作用方向的力，如需完全測的力，如需完全測定它，就需要按空定它，就需要按空間力系來處理。間力系來處理。13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量圓環(huán)和八角環(huán)圓環(huán)和八角環(huán)八角環(huán)也是多向八角環(huán)也是多向測力裝置常用的測力裝置常用的彈性元件彈性元件13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量13-2 力和轉矩

34、測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量八角環(huán)式車床切削測力計八角環(huán)式車床切削測力計13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量1 1、壓電式測力傳感器、壓電式測力傳感器 工作原理類同壓電式加速度傳感器。工作原理類同壓電式加速度傳感器。2 2、壓磁式測力傳感器、壓磁式測力傳感器工作原理：工作原理： 基于壓磁效應，將被測力的變化轉換成傳感器基于壓磁效應，將被測力的變化轉換成傳感器導磁體的磁導率的變化并輸出電信號。如圖導磁體的磁導率的變化并輸出電信號。如圖13-1413-14所示。所示。3 3、差動變壓器式測力傳感器、差動變壓器式測力傳感器 大多數(shù)位移傳感器只

35、要在結構上作某些變動，大多數(shù)位移傳感器只要在結構上作某些變動，便可容易改為測力傳感器。如差動變壓器式、電容便可容易改為測力傳感器。如差動變壓器式、電容式、電感式等。如式、電感式等。如圖圖13-1513-15所示。所示。 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量四、其他類型的測力傳感器四、其他類型的測力傳感器測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 轉矩轉矩作用力通過力臂對旋轉軸心所產生的作用力通過力臂對旋轉軸心所產生的轉動效應。轉動效應。 直接比較法、間接比較法直接比較法、間接比較法 1 1測量原理測量原理 通過測量與轉矩有對應關系的

36、其他物理量來實通過測量與轉矩有對應關系的其他物理量來實現(xiàn)轉矩測量。現(xiàn)轉矩測量。13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量五、轉矩測量五、轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量ngwmg相距相距l(xiāng)的兩截面間將產生相對轉角的兩截面間將產生相對轉角 pgjml 只要軸的尺寸確定，材料的剪切彈性模量一只要軸的尺寸確定，材料的剪切彈性模量一定，則轉軸的剪應變定，則轉軸的剪應變及相距及相距l(xiāng)兩截面的相對轉角兩截面的相對轉角就只和轉矩呈正比。就只和轉矩呈正比。nwm /在彈性范圍內，對應的剪應變在彈性范圍內，對應的剪應變 由材料力學知，圓軸上承受轉矩由材料力學知，圓軸上承受轉矩m 時，表面的剪應力是：時，表面

37、的剪應力是：13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 轉矩傳感器分類：類型很多，目前應用普遍的轉矩傳感器分類：類型很多，目前應用普遍的是電阻應變式、相位差式、振弦式和壓磁式轉矩傳是電阻應變式、相位差式、振弦式和壓磁式轉矩傳感器。感器。2 2、常用轉矩傳感器、常用轉矩傳感器 1 1）電阻應變式轉矩傳感器）電阻應變式轉矩傳感器 在轉矩在轉矩m作用下，軸體表面上與軸線成作用下，軸體表面上與軸線成45450 0及及1351350 0方向上產生主應力。方向上產生主應力。 13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量12 測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 電阻應變片粘貼在軸體表面上

38、與軸線成電阻應變片粘貼在軸體表面上與軸線成45及及135方向上，方向上， 12 剪切應變剪切應變 12剪應力剪應力 11eg13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量 在在450及及1350方向上的正應變方向上的正應變 1211nmeew測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量 當兩個應變片分別接在電橋的相鄰兩個橋臂中，當兩個應變片分別接在電橋的相鄰兩個橋臂中，由電橋和差特性知，應變儀讀數(shù)就是剪應變值。由電橋和差特性知，應變儀讀數(shù)就是剪應變值。特點：特點：結構簡單，精度較高。結構簡單，精度較高。信號傳輸：信號傳輸：有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸和無線傳輸。 有線傳輸要用到集流裝置。有線傳輸要用到集流裝置。1

39、3-2 力和轉矩測量力和轉矩測量圖圖 13-613-6測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量z z圓盤轉一圈信號拾取器中產生的信號個數(shù)，圓盤轉一圈信號拾取器中產生的信號個數(shù)，即圓盤齒數(shù)。即圓盤齒數(shù)。 2）相位差式轉矩傳感器）相位差式轉矩傳感器 相位差式轉矩傳感器工作原理如圖相位差式轉矩傳感器工作原理如圖13-7所示。所示。 組成：傳動軸組成：傳動軸1齒形圓盤齒形圓盤(磁性材料磁性材料)2，信號拾取器，信號拾取器3和和4。工作原理：工作原理： 相位差相位差與傳動軸的轉角與傳動軸的轉角成比例成比例13-2 力和轉矩測量力和轉矩測量測試技術課件第十三章 力學參數(shù)的測量2 相應的相應的z值為值為10100。對于高速測量，。對于高速測量，z取小值；取小值；低速測量，低速測量，z取大值。取大值。特點：特點： 非接觸測量，無需集流裝置，結構簡單，工作可非接觸測量，無需集流裝置，結構簡單，工作可靠，對環(huán)境條件要求不高，精