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文檔簡介

1、第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量 第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 1.應(yīng)變測量原理第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 一、應(yīng)變的測量一、應(yīng)變的測量應(yīng)變電測法的測量系統(tǒng)主要由電阻應(yīng)變片、測量電路、顯示與記錄儀器或計(jì)算機(jī)等設(shè)備等組成,如圖9-1所示。電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片測量電路測量電路顯示與記錄儀器顯示與記錄儀器或計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)RU或或i圖圖9-12.應(yīng)變測量裝置第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 一、應(yīng)變的測量一、應(yīng)變的測量應(yīng)變測量裝置也稱電阻應(yīng)變儀。其組成如下所示。3.應(yīng)變儀的電橋特性第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與

2、應(yīng)力的測量 一、應(yīng)變的測量一、應(yīng)變的測量應(yīng)變儀中多采用交流電橋,電源以載波頻率供電。四個(gè)橋臂均為電阻組成,由可調(diào)電容來平衡分布電容。4.應(yīng)變片的布置與接橋方法第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 一、應(yīng)變的測量一、應(yīng)變的測量由于應(yīng)變片粘貼于試件后,所感受的是試件表面的拉應(yīng)變或壓應(yīng)變。應(yīng)變片的布置和電橋的連接方式應(yīng)根據(jù)測量的目的、對載荷的估計(jì)而定。5.應(yīng)變片的選擇及應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 一、應(yīng)變的測量一、應(yīng)變的測量(1) 試件的測試要求:應(yīng)變片的選擇應(yīng)從滿足測試精度、所測應(yīng)變的性質(zhì)等方面考慮。(2) 試驗(yàn)環(huán)境與試件狀況:實(shí)驗(yàn)環(huán)境對應(yīng)變測試的影響主要是通過溫

3、度、濕度等因素起作用。(3) 應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼是應(yīng)變式傳感器和直接用應(yīng)變片作為傳感器的成敗關(guān)鍵。1.應(yīng)力測量原理第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 二、應(yīng)力的測量二、應(yīng)力的測量應(yīng)力測量原理實(shí)際上就是:先測量受力物體的變形量,然后根據(jù)胡克定律換算出待測力的大小。2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 二、應(yīng)力的測量二、應(yīng)力的測量 (1) 單向應(yīng)力狀態(tài)該應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系甚為簡單,由胡克定律確定為=E(2) 平面應(yīng)力狀態(tài)1) 已知主應(yīng)力方向例如承受內(nèi)壓的薄壁圓筒形容器的筒體,它處于平面應(yīng)力狀態(tài)下,其主應(yīng)力方向是已知的。2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算第

4、一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 二、應(yīng)力的測量二、應(yīng)力的測量用半橋單點(diǎn)測量薄壁壓力容器的主應(yīng)變,如上所示。用半橋單點(diǎn)測量薄壁壓力容器的主應(yīng)變,如上所示。2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 二、應(yīng)力的測量二、應(yīng)力的測量(2) 平面應(yīng)力狀態(tài) 2) 主應(yīng)力方向未知一般采用貼應(yīng)變花的辦法進(jìn)行測試。應(yīng)變花是由三個(gè)或多個(gè)按一定角度關(guān)系排列的應(yīng)變片組成,如上所示。應(yīng)變花是由三個(gè)或多個(gè)按一定角度關(guān)系排列的應(yīng)變片組成,如上所示。1.溫度的影響及溫度補(bǔ)償?shù)谝还?jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 三、影響測量的因素及其消除方法三、影響測量的因素及其消除方法溫度對

5、測量的影響很大。消除由溫度引起的影響,其主要方法是采用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。2.減少貼片誤差測量單項(xiàng)應(yīng)變時(shí):應(yīng)變片的軸線與主應(yīng)變方向有偏差時(shí),就會(huì)產(chǎn)生測量誤差,一因此在粘貼應(yīng)變片時(shí)對此應(yīng)給與充分的注意。3.力求應(yīng)變片實(shí)際工作條件和額定條件的一致第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測量應(yīng)變與應(yīng)力的測量 三、影響測量的因素及其消除方法三、影響測量的因素及其消除方法應(yīng)根據(jù)以最少的測點(diǎn)達(dá)到足夠真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的原則來選擇測點(diǎn)。4.排除測量現(xiàn)場的電磁干擾5.測點(diǎn)的選擇1.彈性變形式的力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹(1) 圓柱式電阻應(yīng)變式力傳感器1.彈

6、性變形式的力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹(2) 梁式拉壓力傳感器為了獲得較大的靈敏度,可采用梁式結(jié)構(gòu)。如圖如圖9-5 用來測量拉用來測量拉/壓力傳感器的典型彈性元件壓力傳感器的典型彈性元件2.差動(dòng)變壓器式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹圖圖9-6 一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。2.差動(dòng)變壓器式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹如圖如圖9-6所示是一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的

7、結(jié)構(gòu)示意圖。所示是一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。該類力傳感器是通過彈性元件來實(shí)現(xiàn)力和位移間的轉(zhuǎn)換。3.壓磁式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹磁壓式力傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)。圖圖9-7 壓磁元件及其工作原理壓磁元件及其工作原理3.壓磁式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹圖圖9-8 一種典型的壓磁式力傳感器結(jié)構(gòu)一種典型的壓磁式力傳感器結(jié)構(gòu)4.壓電式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 一、幾種常用力傳感器的介紹一、幾種常用力傳感器的介紹壓電式傳感器應(yīng)用壓

8、電效應(yīng),將力轉(zhuǎn)換成電量。圖圖9-9 兩種壓電式力傳感器的構(gòu)造圖。兩種壓電式力傳感器的構(gòu)造圖。第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 二、空間力系測量裝置二、空間力系測量裝置在空間力系測量工作中:巧妙地設(shè)計(jì)受力的彈性元件和布置應(yīng)變片或選擇壓電晶體片的敏感方向是成功的關(guān)鍵。9-10 壓電式三向測力傳感器元件組合方式的示意圖。壓電式三向測力傳感器元件組合方式的示意圖。第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)1.動(dòng)態(tài)測力裝置的動(dòng)態(tài)誤差大多數(shù)測力裝置可以近似抽象如圖大多數(shù)測力裝置可以近似抽象如圖7-1所示的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。所示的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。圖圖7-1第二節(jié)第二

9、節(jié) 力的測量力的測量 三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)1.動(dòng)態(tài)測力裝置的動(dòng)態(tài)誤差在一般情況下,測力彈性元件的彈性力和被測力總有幅值和相位的差異。因此在實(shí)際使用條件下,在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行全面的標(biāo)定和校準(zhǔn)是一件必不可少的工作。實(shí)際作用力和測量測力裝置實(shí)際作用力和測量測力裝置的慣性力、阻尼力以及彈性力的的慣性力、阻尼力以及彈性力的關(guān)系如圖關(guān)系如圖9-11所示。所示。圖圖9-11第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)2.注意減小交叉干擾為了減小交叉干擾,必須采用相應(yīng)的措施。例如精心設(shè)計(jì)彈性元件,使其受力變形合理;正確選擇應(yīng)變片的粘

10、貼部位并準(zhǔn)確地粘貼之;最后,還往往利用測力裝置標(biāo)定結(jié)果來修正交叉干擾的影響。第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)三、動(dòng)態(tài)測力裝置的使用特點(diǎn)3.測力裝置頻率特性的測定確定整個(gè)測力裝置頻率特性的具體辦法:它與確定某一系統(tǒng),特別是機(jī)械系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性的方法沒有原則差別。第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 四、測力傳感器的標(biāo)定四、測力傳感器的標(biāo)定1.靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定最主要的目的是確定標(biāo)定曲線、靈敏度和各向交叉干擾。2.動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定使用于瞬變力和交叉力等動(dòng)態(tài)測試的傳感器。沖擊法也是獲取測力系統(tǒng)特性的方法之一。 第二節(jié)第二節(jié) 力的測量力的測量 四、測力傳感器的標(biāo)定四、測力傳感器的標(biāo)

11、定沖擊標(biāo)定系統(tǒng)及沖擊力波形如上圖所示。沖擊標(biāo)定系統(tǒng)及沖擊力波形如上圖所示。第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量一、應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理一、應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理應(yīng)變式扭矩傳感器所測得的是在扭矩作用下轉(zhuǎn)軸表面的主應(yīng)變。從材料力學(xué)得知,該主應(yīng)變和所受到的扭矩成正比關(guān)系。圖圖9-13 一種用于扭矩傳感器的扭矩彈性元件一種用于扭矩傳感器的扭矩彈性元件第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量二、應(yīng)變式扭矩傳感器二、應(yīng)變式扭矩傳感器當(dāng)作為扭矩傳感器上的彈性軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí):在相對軸中心線45方向上會(huì)產(chǎn)生壓縮或拉伸力。從而將力加在旋轉(zhuǎn)軸上。第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量二、應(yīng)變式扭矩傳感器二、應(yīng)變式扭矩傳

12、感器例如,當(dāng)測量彈性軸的扭矩時(shí),將應(yīng)變片例如,當(dāng)測量彈性軸的扭矩時(shí),將應(yīng)變片R1、R2按照圖按照圖9-14a所示的方向貼在彈性軸上。所示的方向貼在彈性軸上。如果在彈性軸上粘貼四片應(yīng)變片并將它們接成半橋或全橋,就能消除附加橫向剪力的影如果在彈性軸上粘貼四片應(yīng)變片并將它們接成半橋或全橋,就能消除附加橫向剪力的影響,如圖響,如圖9-14b所示。所示。圖圖9-14第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量二、應(yīng)變式扭矩傳感器二、應(yīng)變式扭矩傳感器彈性軸截面最常用的是圓彈性軸截面最常用的是圓柱形,如圖柱形,如圖9-15所示。所示。圖圖9-15第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量二、應(yīng)變式扭矩傳感器二、應(yīng)變式扭矩傳感器圖圖9-16 傳感器的工作原理圖。傳感器的工作原理圖。第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量三、集流環(huán)裝置三、集流環(huán)裝置集流環(huán)部件由兩部分組成:一部分與應(yīng)變片的出線連接并固定在轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng),稱為轉(zhuǎn)子;另一部分與應(yīng)變儀導(dǎo)線連接,靜止不動(dòng),稱為定子。圖圖9-17 測量電路的接法測量電路的接法第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量四、其他類型的扭矩傳感器四、其他類型的扭矩傳感器光電式扭矩傳感器是光電式扭矩傳感器是在轉(zhuǎn)軸上固定兩圓盤在轉(zhuǎn)軸上固定兩圓盤光柵。如右圖所示。光柵。如右圖所示。第三節(jié)第三節(jié) 扭矩的測量扭矩的測量四、其他類型的扭矩傳感

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