第六章 力、扭矩、压力的测量讲解

测试技术基础
绪论
应变片的选择及应用
a) 试件的测试要求，满足测试精度、所测应 变的性质。 b) 试验环境与试件的状况，消除温度、湿度 等因素的影响。 c) 应变片的粘贴。工艺：清洗、上胶、粘合
、加压、固化和检验等。
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绪论
6.1.2 电阻应变式测力装置
• 测量力时可以直接在被测对象上布片组桥， 也可以在弹性元件上布片组桥，使力通过弹 性元件传到应变片。常用的弹性元件有柱式、 梁式、环式、轮辐等多种形式。
用梁式弹性元件制作的力传感器
适 于 测 量 5,000N 以 下 的 载 荷 ， 最 小
可测几克重的力。这种传感器结构
简单，加工容易，灵敏度高，常用
于小压力测量中。
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绪论
双端固定梁
双端固定梁的二端都固定，中间加载荷F，梁宽 为b，梁厚为h，梁长为l，应变片粘贴在中间位置， 则梁的应变为
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温度补偿
绪论
•沿构件表面的轴线方向贴工作片
R1，在温度补偿板上贴补偿片Rt，
组成半桥即可测得轴向应变e。电
桥的输出为
U BD

1 4
U
0
(
R1
p R1
R1t

R2t R2
)

U0 4
R1 p R1

1 4
U
0
Ke
p
•温度补偿满足条件：补偿板和试
件的材料相同；工作片、补偿片完
变片处的应变为
e


E

6Fl0 bh2 E
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等强度梁
绪论
(等强度梁式力传感器)，梁厚为h，
梁长为l，固定端宽为b0，自由端宽 为b。梁的截面成等腰三角形，集中
力F作用在三角形顶点。梁内各横截
面产生的应力是相等的，表面上任
意位置的应变也相等，因此称为等
强度梁，其应变为
e


E

6Fl b0h2 E
•2) 静动态电阻应变仪 工作频率为0-200Hz，用以测量 静态应变或频率在200Hz以下的低频动态应变；
•3) 动态电阻应变仪 工作频率为0-2000Hz，用以测量 2000Hz以下的动态应变。通常具有4-8个通道，可以对 多个应变信号同时测量；
•4) 超动态电阻应变仪 工作频率为0-20000Hz，用以测
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绪论
柱式弹性元件
• 通过柱式弹性元件表面的拉 (压)变形测力。应变片的粘贴和 电桥的连接应尽可能消除偏心和 弯矩的影响，一般将应变片对称 地贴在应力均匀的圆柱表面中部。 柱式力传感器可以测量0.1~3000 吨的载荷，常用于大型轧钢设备 的轧制力测量。
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梁式弹性元件
• 类型有等截面梁、等强度梁和双端固定梁等，通过梁的 弯曲变形测力，结构简单，灵敏度较高。
等截面梁式弹性元件
等截面梁式弹性元件为一端固定的悬
臂梁，当力作用在自由端时，刚性端
截面的应力最大，而自由端挠度最大，
在 距 受 力 点 为 l0 的 上 下 表 面 ， 沿 l 向 贴
电阻应变片R1，R2和R3，R4。粘贴应
•动力效应测力 力的动力效应使物体产生加速度，测定了物
体的质量及所获得的加速度大小就测定了力值。在重力场中地球 的引力使物体产生重力加速度，因而可以用已知质量的物体在重 力场某处的重力来体现力值。例如基准测力机等。
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6.1.1 应力、应变的测量
•常用的力测量方法是用应变片和应变仪测量构件的表 面应变，根据应变和应力、力之间的关系，确定构件的 受力状态。
全相同，放在完全相同温度场中，
接在相临桥臂。
•图中沿轴向贴一片应变片,沿横向贴另一片,为工作片补偿法。
U BD

U0 4
K (e1
e1)

U0 4
K (1
)e 1
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在拉(压)应变测量中消除弯矩的影响
•用对称双工作片测轴向 拉(压)应变。工作片在上、 下表面对称粘贴，由加减 特性可知，这样可消除因 加载偏心而造成的附加弯 矩。其中全桥接法的输出 是半桥接法的二倍。
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第六章 力、扭矩、压力的测量
6.1 力的测量 6.2 扭矩的测量 6.3 压力的测量
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6.1力的测量
•测量方法可归纳为利用力的静力效应和动力效应两种。
•静力效应测力 力的静力效应使物体产生变形，通过测定物体
的变形量或用与内部应力相对应参量的物理பைடு நூலகம்应来确定力值。如
可用差动变压器、激光干涉等方法测定弹性体变形达到测力的目 的；也可利用与力有关的物理效应如压电效应、压磁效应等。
e

3F[R (h / bh2 E
2)]

1


2


R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度
e


E

3Fl 4bh2 E
这种梁的结构在相同力F的作用下产生的挠度比 悬臂梁小。
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环式弹性元件
分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的弯曲变 形测力，结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。
圆环式
在圆环上施加径向力Fy 时，圆环各处的应变不同， 与作用力成39.6°处(图中 B点)应变等于零。在水平 中心线上则有最大的应变
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绪论
用多工作片提高应变测量的灵敏度
•左图( 用四工作片测拉 (压)应变)中，布片时省 去了温度补偿板。这种 方法可得到最大输出应 变值，即
e 仪 2（1 ）e1 •也可以消除因加载偏心 而造成的附加弯矩。
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绪论
弯矩测量？
• 当试件受到弯矩作用时，其上、下表面会 分别产生拉应变或压应变。可通过应变测量 求得弯矩，布片接桥时要注意利用电桥特性， 在输出中保留弯应变的影响，消除轴向拉、 压力产生的应变成分。
量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。
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绪论
测量拉伸(压缩)布片组桥方式
测量拉伸(压缩)应变时要采用适当的布片组桥 方式，以便达到： • 温度补偿(测轴向拉(压)时的温度补偿) • 消除弯矩影响(用双工作片消除弯矩的影响) • 提高测量灵敏度(用四工作片提高测量的灵敏度) 的目的。 • 常用应力测量的布片和组桥方式:
•应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥(直流电桥 的输出特性)类似。
•应变片的布置和电桥组接(布片组桥)应根据被测量和被 测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式 消除温度变化和复合载荷作用的影响。
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绪论
电阻应变仪按所测应变信号频率范围不同分为：
•1) 静态电阻应变仪 用以测量静态载荷下的应变，以 及变化十分缓慢或变化后能很快稳定下来的应变；