力、扭矩、压力的测量
压力测量方法
压力测量方法
压力测量方法：
①弹性力平衡法：利用弹簧管、波纹管、膜片等弹性元件受压变形与其内部应力平衡关系，通过测量变形量间接测压；
②重力平衡法：如活塞式压力计，通过平衡被测压力与砝码重力，以砝码质量表示压力；液柱式压力计则利用液柱高度反映压力大小；
③机械力平衡法：将压力转化为可测量的机械力，如杠杆、扭力管等结构，通过平衡外加力确定压力值；
④物性测量法：基于压力改变导致电学、光学、声学等物理特性变化原理，如电气式（压阻、电容）、振频式、光纤式、集成传感器等进行压力测量。
力学计量简介
力学计量简介力学计量简介力学计量主要包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、真空、震动、冲击、转速、恒加速度、流量、流速、容量等计量测试。
力学计量的理论基础是牛顿力学。
质量是一个基本的物理量，单位是kg。
质量是物体所具有的一种属性，它表征物体的惯性和它在引力场中相互作用的能力，质量是标量。
质量计量的准确性不仅取决于砝码，还取决于天平。
力是物体之间的相互作用。
力的计量单位是N。
测力的方法可以分为两类，即通过对质量和加速度的测量来求得力值；另一种方法是物体在受力后产生的变形量或与内部应力相应的参数的测量而求得力值。
扭矩是力与力臂的乘积，计量单位N·m。
如果准确地测出力的大小及该力到力的作用点的力臂长度，便可准确地测得力矩值。
硬度是指物体软硬的程度。
硬度本身不是一个确定的物理量，而是一个于物体的弹性形变、塑性形变和破坏有关的量。
硬度计量的方法很多，一般分为静载压入法和动载压入法。
静载压入法有布氏法、洛氏法、表面洛氏法、维氏法和显微硬度法等。
动载压入法有肖氏法等。
压力是指垂直作用于单位面积上的力，单位是Pa。
压力计量可分为静态和动态压力计量。
按压力计量范围大体有微压、低压、中压、高压和超高压等。
测量的具体压力又分为绝对压力、大气压力和表压力等。
真空是在给定的空间内，低于标准大气压的气体状态，使用真空度来描述，单位是Pa。
真空计量标准可以分为绝对标准和相对标准。
绝对标准是真空计量的基础，实际应用是真空标准多为性能稳定的相对标准。
振动是用位移、速度、加速度和频率等物理量来描述。
校准方法一般有绝对法和比较法。
对于加速度计常要校准其灵敏度和灵敏度随频率的变化。
校准装置采用高、中、低频振动标准校准装置等。
冲击是激起系统瞬间扰动的力、位置、速度和加速度的突然变化，该变化的时间要小于系统的基本周期。
冲击加速度的单位是m/s^2。
冲击的校准方法一般分为三种，绝对法、间接法和比较法。
转速或角速度是单位时间的角位移。
标准转速装置是校准和检定转速表的主要装置，由复现转速的装置和转速测量装置组成。
螺栓扭矩与压力的关系
螺栓扭矩与压力的关系引言：螺栓作为一种常用的紧固件，在工业生产中扮演着重要的角色。
螺栓的紧固效果直接与其扭矩有关，而扭矩与螺栓受到的压力也存在一定的关系。
本文将探讨螺栓扭矩与压力之间的关系，并从物理原理和实际应用角度进行解析。
一、螺栓扭矩的定义和作用螺栓扭矩是指在紧固螺栓时所施加的旋转力矩。
通过扭紧螺栓，可以使螺栓与被连接的零件之间产生一定的压力，从而实现紧固效果。
螺栓扭矩的大小直接影响着螺栓连接的紧密程度和稳定性。
二、螺栓扭矩与压力的物理原理螺栓扭矩与其受到的压力之间存在着一定的关系。
首先，螺栓扭矩可以通过施加力矩的方式使螺栓与被连接零件之间产生压力。
当螺栓扭矩增大时，施加在螺栓上的力矩也随之增大，从而导致螺栓所产生的压力增大。
反之，当螺栓扭矩减小时，螺栓所产生的压力也会相应减小。
三、螺栓扭矩与压力的实际应用在实际应用中，螺栓扭矩与压力的关系被广泛应用于工程设计和装配过程中。
例如，当需要实现一定的紧固力时，可以通过控制螺栓的扭矩来达到要求。
在汽车制造中，螺栓扭矩与压力的关系被用于车轮的安装。
通过根据车轮规格和要求设定合适的扭矩值，可以确保车轮与车轴之间的连接紧固可靠。
四、螺栓扭矩与压力关系的影响因素螺栓扭矩与压力的关系受到多种因素的影响。
首先，螺栓本身的材料和规格会对扭矩和压力的关系产生影响。
不同材料和规格的螺栓具有不同的力学特性，因此其扭矩与压力的关系也会有所不同。
其次，连接零件的特性也会对螺栓扭矩和压力的关系产生影响。
例如，连接零件的硬度和表面粗糙度都会影响螺栓扭矩的传递效果，进而影响螺栓所产生的压力。
五、螺栓扭矩与压力关系的测量方法为了保证螺栓连接的质量，需要对螺栓扭矩和压力进行准确测量。
常用的测量方法包括扭矩扳手和压力传感器。
扭矩扳手通过测量扭矩值来间接得到螺栓所产生的压力。
而压力传感器则直接测量连接零件上的压力值，从而得到螺栓扭矩。
六、螺栓扭矩与压力关系的注意事项在实际应用中，需要注意螺栓扭矩与压力的关系并不是线性的，而是存在一定的非线性特性。
扭力测试标准
扭力测试标准扭力测试是指在一定的条件下，对物体施加扭矩，以测定其抗扭性能的一种测试方法。
扭力测试标准是为了规范和统一扭力测试的方法和要求，以确保测试结果的准确性和可靠性。
本文将介绍扭力测试标准的相关内容，包括测试方法、设备要求、测试步骤、数据处理等方面的内容。
1. 测试方法。
扭力测试可以采用静态测试和动态测试两种方法。
静态测试是指在物体受到扭矩作用下保持静止的情况下进行测试，动态测试是指在物体受到扭矩作用下进行旋转运动的情况下进行测试。
根据不同的测试要求和实际情况，选择合适的测试方法进行扭力测试。
2. 设备要求。
进行扭力测试需要使用专用的扭力测试设备，包括扭力传感器、扭力测力计、扭矩扳手等。
这些设备需要经过校准和检定，确保其测量精度和稳定性符合测试要求。
同时，还需要根据测试对象的特点和尺寸选择合适的测试夹具和夹具，以确保测试的准确性和可靠性。
3. 测试步骤。
在进行扭力测试时，首先需要对测试设备进行检查和校准，确保其正常工作。
然后根据测试要求和标准，设置测试参数和条件，包括扭矩大小、测试速度、测试时间等。
接下来将测试对象安装到测试夹具上，并进行预紧和调整，以确保测试对象处于稳定和合适的状态。
最后进行扭力测试，并记录测试数据。
4. 数据处理。
在完成扭力测试后，需要对测试数据进行处理和分析。
首先对测试数据进行整理和归档，然后进行数据分析和统计，得出测试结果和结论。
同时，还需要对测试过程中出现的异常情况和问题进行分析和处理，以确保测试结果的准确性和可靠性。
5. 结论。
扭力测试标准是保证扭力测试准确性和可靠性的重要保障，只有严格遵守相关的测试标准和要求，才能够得到准确和可靠的测试结果。
在进行扭力测试时，需要严格按照标准的要求进行操作，确保测试过程的规范和标准化。
同时，还需要对测试设备进行定期的维护和保养，以确保其正常工作。
通过扭力测试标准的规范和执行，可以提高测试结果的准确性和可靠性，为产品的设计和生产提供可靠的依据。
力及转矩的测量
磁电式力平衡测力系统
机械工程测试技术 电容式力传感器： 电容式力传感器 ： 其特点是结构简单，灵敏度高，动态 响应快，但是由于电荷泄漏难于避免，不适宜静态力的 测量。 在矩形的特殊弹性元件上， 加工若干个贯通的圆孔， 每个圆孔内固定两个端面 平行的丁字形电极，每个 电极上贴有铜箔，构成由 多个平行板电容器并联组 成的测量电路。在力F作用 下，弹性元件变形使极板 间矩发生变化，从而改变 电容量，如左图(电容式力 传感器)所示。
当各桥臂应变片的灵敏度K相同时，上式可改写为：
机械工程测试技术 二、电阻应变片的选用 电阻应变片的选用
(1) 应变计几何参数的选择 应变片敏感栅的长度称为标距。在应变场梯度大、应变频率高 时应采用小标距应变计。对于混凝土、铸钢、铸铁等材质不均匀的材 料宜采用较大标距的应变计。 (2)电阻值的选择 电阻值的选择 应变仪桥臂电阻多按120 设计，所以常用120 的应变片。对于 不需配用应变仪的测量电路，可根据应变计的允许电流、功率来选择 阻值。 (3)灵敏系数的选择 灵敏系数的选择 动态应变仪多按灵敏系数K=2设计，故动态测量宜选用K=2的 应变计。选用高灵敏度的应变计可省去中间放大单元，简化测量系统。 (4)应变计类型的选择 应变计类型的选择 一般丝式应变计多用纸基，价格低、粘贴容易，但耐久性、耐 湿性较差，在要求不高时可用；箔式应变计多用胶基，可用于150℃ 以下的中温和常温测试，它绝缘性能好，精度高，在应变测量中应用 最广泛。半导体应变计灵敏系数高，机械滞后小，频率响应好；但温 度影响大，线性范围小。半导体应变计多用于测量小的应变。
机械工程测试技术
等截面梁式弹性元件为一端 等截面梁式弹性元件 固定的悬臂梁，如左图(等 截面梁式弹性元件)所示。 当力作用在自由端时，刚性 端截面中产生的应力最大， 而自由端产生的挠度最大， 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。粘贴应变片处的 应变为
扭矩测量方法
扭矩测量方法扭矩是描述物体围绕固定轴线旋转的力的物理量，是衡量物体转动状态的重要参数。
在工程领域中，扭矩的测量是非常重要的，它直接关系到机械设备的性能和安全。
因此，掌握正确的扭矩测量方法对于工程技术人员来说至关重要。
一、扭矩传感器。
扭矩传感器是测量扭矩的重要工具，它能够将扭矩转化为电信号输出，通过测量电信号的大小来确定扭矩的大小。
扭矩传感器的选择应根据测量对象的特点和测量要求来确定，常见的扭矩传感器有电阻应变式、电容式、电磁式等多种类型。
二、扭矩测量方法。
1. 静态法。
静态法是最常用的扭矩测量方法之一，它通过固定被测物体的一个端点，然后施加一个力矩，通过测量被测物体的变形或者应变来计算扭矩的大小。
这种方法简单易行，适用于大多数静态扭矩测量。
2. 动态法。
动态法是一种在物体运动状态下进行扭矩测量的方法，它适用于需要测量旋转物体的扭矩。
通过在旋转轴上安装扭矩传感器，可以实时监测旋转过程中的扭矩变化，从而得到准确的扭矩数据。
3. 拉力计法。
拉力计法是一种通过测量拉力计的拉力来计算扭矩的方法，它适用于一些特殊的扭矩测量场合，如螺栓拧紧力矩的测量等。
通过将拉力计安装在扭矩作用点上，可以实现对扭矩的准确测量。
4. 液压法。
液压法是一种通过测量液压系统的压力来计算扭矩的方法，它适用于一些需要大扭矩测量的场合。
通过将液压系统与被测物体连接，可以根据液压系统的压力变化来计算扭矩的大小。
三、注意事项。
在进行扭矩测量时，需要注意以下几点：1. 选择合适的扭矩传感器，确保其测量范围和精度符合测量要求。
2. 在进行扭矩测量前，需要对测量系统进行校准，确保测量结果的准确性。
3. 在进行动态扭矩测量时，需要考虑旋转物体的惯性和动态特性对测量结果的影响。
4. 在进行液压法扭矩测量时，需要注意液压系统的密封和稳定性，以确保测量结果的准确性。
通过以上方法和注意事项，可以实现对扭矩的准确测量，为工程技术人员提供可靠的数据支持，保障机械设备的正常运行和安全性能。
机械工程测试技术-应变力与扭矩测量
将待定的测力传感器安放在有足够质量的基础上，用一个质量 为m的钢球从确定的高度h自由落下，当钢球冲击传感器时，由 传感器所测得的冲击力信号经放大后输入瞬态波形存储器，或 直接输入信号分析仪，即可得到如图b所示的波形。图中0～t1 为冲击力作用时间，点画线为冲击力波形，实线为实际的输出 波形，t1～t段为自由衰减振荡信号，它和0～t1段中叠加在冲 击力波形上的高频分量反映了传感器的固有特性，对其作进一 步分析处理，可获得测力传感器的动态特性。
a）冲击法测力装置 b）冲击力和传感器
输出波形
第三节 扭矩的测量
一、应变式扭矩传感器的工作原理 应变式扭矩传感器所测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变。 从材料力学得知，该主应变和所受到的扭矩成正比关系。也可 利用弹性体把转矩转换为角位移，再由角位移转换成电信号输 出。
用于测量扭矩的弹性轴
把这种弹性轴联接在驱动源和负载之间，弹性轴就会产生扭转， 所产生的扭转角为
四、其他类型的扭矩传感器
转轴受扭矩作用后，产生扭转变形，两横截面的相对扭转角 与扭矩成正比。利用光电式、感应式等传感器可以测得相对 扭转角，从而测得扭矩。
▲光电式扭矩传感器
光电式扭矩传感器是在转轴上固定两圆盘光栅。在未承受扭 矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，没有光线透过光栅照 射到光敏元件，也无输出。当转轴受扭矩后，扭转变形将两 光栅相对转过一角度，使部分光线透过光栅照射到光敏元件 上而产生输出、扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光量愈 多，输出愈大，从而可测得扭矩。
静态标定通常在特制的标定台上进行。所施加的标准力的大小 和方向都应十分精确，其力值必须符合计量部门有关量值传递 的规定和要求。通常标准力的量值用砝码或标准测力环来度量。 标定时采用砝码-杠杆加载系统、螺杆-标准测力环加载系统、 标准测力机加载等。
扭矩测量原理
扭矩测量原理
扭矩测量原理是指用于测量机械设备旋转部件所受的扭矩大小的方法和原理。
扭矩是指作用在物体上的力矩，也可以理解为旋转力的大小。
扭矩的大小取决于力的大小和施加力的距离。
要测量扭矩，常用的方法是使用扭矩传感器或扭矩表。
扭矩传感器是一种专门用于测量扭矩的装置，通常由应变片、测力电桥和信号放大器等部件组成。
扭矩测量的原理基于胡克定律，即力与变形之间的关系。
当物体受到力的作用时，会产生扭转变形。
扭矩传感器通过应变片来感应这种变形，并将其转化为电信号进行测量。
应变片是一种能够随物体形变而发生应变的材料，当扭矩作用在物体上时，应变片会发生弯曲变形，从而改变其阻抗值。
通过测量阻抗值的变化，就可以确定物体所受的扭矩大小。
扭矩传感器还常常采用负反馈原理进行校准，即将已知扭矩作用于传感器上，根据传感器输出的电信号进行调整，使得输出信号与已知扭矩一致。
这样可以提高测量的准确性和稳定性。
除了扭矩传感器，还有一些其他测量扭矩的装置和方法，如光纤传感器、电容传感器等。
这些装置利用了不同的物理原理进行扭矩测量，但测量的基本原理都是一致的。
综上所述，扭矩测量原理是基于物体变形与力之间的关系。
通过测量应变片的变化，转化为电信号进行测量，可以准确地测
量物体所受的扭矩大小。
使用合适的校准方法和装置，可以提高测量的准确性和稳定性。
扭力测试方法
扭力测试方法扭力测试是一种用来测量材料或零件在外力作用下的扭转性能的方法。
通过扭力测试，可以评估材料或零件的耐久性和可靠性，为产品设计和制造提供重要参考。
本文将介绍扭力测试的方法和步骤，以及在实际应用中的注意事项。
1. 测试设备准备。
首先，需要准备一台扭力测试机。
扭力测试机是用来施加扭转力并测量扭转角度的设备，通常包括电机、传感器、控制系统等组件。
在进行扭力测试之前，需要对扭力测试机进行校准和检查，确保其工作正常并符合测试要求。
2. 样品准备。
选择合适的样品进行扭力测试是非常重要的。
样品的选择应考虑其材料特性、形状尺寸以及测试要求。
在准备样品时，需要对其进行表面处理和固定，以确保测试过程中不会发生松动或滑动。
3. 测试方法。
在进行扭力测试时，首先将样品安装到扭力测试机上，并根据测试要求设置测试参数，如扭转速度、扭转角度范围等。
然后启动测试机，施加扭转力并记录扭转角度和扭转力的变化。
在测试过程中，需要注意监测样品的变形和破坏情况，及时记录和分析数据。
4. 数据分析。
完成扭力测试后，需要对测试数据进行分析和评估。
通过分析扭转角度和扭转力的变化曲线，可以评估样品的扭转性能和破坏特点。
同时，还可以计算扭转刚度、极限扭转角等参数，为产品设计和改进提供参考依据。
5. 注意事项。
在进行扭力测试时，需要注意以下事项：样品的选择应符合测试要求，避免因样品不合适而导致测试结果不准确。
在测试过程中，需要确保样品的固定和表面处理良好，避免因样品松动或滑动而影响测试结果。
对测试数据进行准确记录和分析，及时发现和解决问题。
在测试过程中，需要严格。
力和力矩的测量
力和力矩的测量力的定义：力是物体之间的相互作用。
大小、方向、作用点是力的三要素。
牛顿第二定律表述：动量对时间的变化率。
F dp /d t =国际单位：牛顿，简称牛，符号是N 。
211/N kg m s =⋅力矩定义：位矢和力的叉乘。
物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。
力矩单位是牛顿·米（N ·m ）对力的测量问题有两种基本方法：（1）直接比较（2）使用标准传感器进行间接比较 直接比较方法利用某种形式的梁式天平，并且使用零位平衡技术。
1 力的测量1.1等臂天平（如图中分析天平，精度可达0.1mg ）或非等臂天平。
最简单的重量或力的测量系统。
基于力矩比较原理工作的。
由未知的重量或力产生的力矩，和一个已知量产生的力矩进行比较。
1.2摆式测力机构如摆式秤。
输入量施加到负载杆上，使配重旋转向外移动。
该移动使得配重作用力矩增加，直到负载力矩和摆秤力矩相等。
1.3 弹性传感器很多力传感器系统利用某种机械弹性件或弹性件的组合，对弹性件施加载荷导致一种类似的变形，通常是线性的，然后对该变形直接观察并且用于力的测量，或者使用另一个传感器来将该位移转换成另一种形式的输出，通常是电的形式。
通常要对弹性件进行标定，如调整螺旋弹簧的有效圈数等。
1.4应变片测力计与将总变形用于测量载荷不同的是，应变片测力计根据单位应变来测量负载。
电阻型应变片非常适合于这一用途。
若要测量的是大载荷，可以使用直接拉压型元件。
如果是小载荷，则可通过弯曲来放大应变。
金属电阻应变片的原理：当金属丝或金属箔片被机械地拉长时，导体的长度将变长，截面将变小，因此其电阻发生变化。
如果电阻元件长度紧密附着在发生这样应变的构件上，使得电阻元件也产生应变，那么测出的电阻变化可以根据应变来定标。
金属应变片的应变片因子F 在通常要求的应变范围内基本上是个常数，而由实验确定的应变片因子F 的值，对于一种给定的材料是相当一致的。
1R F Rε∆=在实际应用中，F 和R 的值是由应变片制造商提供的，使用者要根据被测的输入量情况确定R ∆图中所示的拉压型电阻应变片测力计的电桥常数是2(1+u)，其中u是材料的泊松比。
兆帕和千牛米的换算
兆帕和千牛米的换算导言：在工程领域和物理学中，常常会涉及到压力和扭矩的计量。
兆帕（MPa）和千牛米（kN·m）是常见的压力和扭矩单位，正确地进行兆帕到千牛米的换算是一个重要的基本知识。
本文将详细介绍兆帕和千牛米的定义以及它们之间的换算关系，为读者提供清晰明了的解释。
一、兆帕（MPa）的定义和应用：兆帕（MPa）是衡量物体受力时所产生的压力的单位，它是帕斯卡（Pa）的百万倍。
帕斯卡是国际单位制中的压力单位，表示为牛顿每平方米。
1兆帕等于1百万帕斯卡。
兆帕通常用于测量液体和气体的压力，广泛应用于工程、建筑、材料科学等领域。
兆帕与常见的压力单位之间存在着一定的换算关系。
例如，兆帕和标准大气压之间的换算关系为1兆帕等于约10标准大气压。
在实际应用中，我们常常会遇到将兆帕换算为其他单位的需求，如千帕、标准气压等。
二、千牛米（kN·m）的定义和用途：千牛米（kN·m）是衡量物体受到扭矩作用的单位，它表示物体在力的作用下绕一个轴旋转一定角度时所产生的力矩。
扭矩是一个物体所受到的力在预定方向上的力矩乘积，通常以牛顿米（N·m）或千牛米（kN·m）作为单位。
在工程和机械领域，千牛米通常用于测量和描述旋转设备的力矩大小，如发动机、电机、涡轮机等。
此外，千牛米也会在建筑和结构工程中用于测量螺栓预紧力。
兆帕到千牛米的换算：兆帕和千牛米之间的转换关系需要基于相关的物理公式。
我们可以通过以下的换算公式进行转换：1千牛米（kN·m）= 1兆帕（MPa）× 1000这个公式表明，千牛米等于兆帕乘以1000。
这是因为兆帕的定义是压力单位，而千牛米是力矩单位。
通过这个关系，我们可以用兆帕来计算扭矩，并将其转换为千牛米的单位。
举例来说，假设我们有一个工程项目，其中的压力为50兆帕。
我们可以将这个压力转换为千牛米的单位：扭矩（kN·m）= 压力（MPa）× 1000= 50兆帕× 1000= 50000千牛米因此，50兆帕的压力等于50000千牛米的扭矩。
测量方法有哪些
测量方法有哪些测量是科学研究和工程技术中非常重要的一环，它涉及到物体的大小、形状、质量、温度、压力、速度等多个方面。
在不同的领域和不同的实验条件下，需要采用不同的测量方法来获取准确的数据。
下面将介绍一些常见的测量方法。
首先，光学测量是一种常见的测量方法，它利用光的传播和反射特性来测量物体的大小、形状和表面质量。
例如，光学显微镜可以用来观察微小物体的形态和结构，激光测距仪可以用来测量远距离物体的距离，光栅衍射仪可以用来测量光的波长等。
光学测量方法具有非接触、高精度、高分辨率等优点，被广泛应用于生物医学、材料科学、地质勘探等领域。
其次，电子测量是另一种常见的测量方法，它利用电子器件和电磁原理来测量物体的电压、电流、电阻、电容等电学特性。
例如，示波器可以用来观察电信号的波形和频谱，数字万用表可以用来测量电路中各种电学参数，电子天平可以用来测量微小物体的质量等。
电子测量方法具有高灵敏度、高速度、自动化程度高等优点，被广泛应用于电子工程、通信技术、自动化控制等领域。
此外，机械测量是工程技术中常用的测量方法，它利用机械装置和传感器来测量物体的位移、速度、加速度、力、扭矩等力学特性。
例如，游标卡尺可以用来测量物体的长度和直径，动态力学测试台可以用来测量物体的动态响应特性，扭力传感器可以用来测量旋转轴的扭矩等。
机械测量方法具有结构简单、成本低、适用范围广等优点，被广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工程等领域。
最后，无损检测是一种特殊的测量方法，它利用声波、超声波、磁场、射线等无损检测技术来测量物体的内部缺陷、材料组织、磁性特性等。
例如，超声波探伤仪可以用来检测金属材料中的裂纹和气孔，X射线衍射仪可以用来分析晶体结构和材料成分，磁粉探伤仪可以用来检测磁性材料中的表面裂纹等。
无损检测方法具有非破坏、高灵敏度、全面性好等优点，被广泛应用于航空航天、核工程、建筑材料等领域。
综上所述，测量方法有很多种类，每种方法都有其特定的应用领域和适用条件。
电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器的工作原理1. 介绍电阻应变式传感器是一种常见的力、压力、扭矩、重量等物理量测量装置。
它通过测量物体受力或变形引起的电阻变化来实现物理量的测量。
本文将详细介绍电阻应变式传感器的工作原理及其应用。
1.1 传感器分类传感器可以根据其工作原理和测量物理量进行分类。
根据工作原理，传感器可以分为电阻、电容、电感、霍尔等类型。
根据测量物理量，传感器可以分为力、压力、温度、光等类型。
1.2 电阻应变式传感器的概述电阻应变式传感器属于电阻型传感器的一种。
它利用电阻材料的应变效应，将外界的力、压力等物理量转换为电阻值的变化。
电阻应变式传感器具有结构简单、精度高、可靠性好的特点，在工业领域得到广泛应用。
2. 原理电阻应变式传感器的工作原理基于电阻材料的应变效应，即当电阻材料受到外界力或压力作用时，材料的几何形状和尺寸发生变化，从而引起电阻值的变化。
2.1 电阻应变效应电阻应变效应是指电阻材料在受到应变作用下，电阻值发生变化的现象。
根据应变的类型，电阻应变效应可以分为拉伸应变效应和压缩应变效应。
拉伸应变效应是指电阻材料受到拉伸力作用后，电阻值增加；压缩应变效应是指电阻材料受到压缩力作用后，电阻值减小。
2.2 应变片电阻应变式传感器通常采用由电阻材料制成的应变片作为敏感元件。
应变片的几何形状和尺寸可以根据测量需求进行设计。
当外界力或压力作用于应变片时，应变片发生应变，从而导致电阻值的变化。
2.3 桥式电路为了能够测量电阻值的变化，电阻应变式传感器通常采用桥式电路进行测量。
桥式电路由四个电阻组成，其中两个电阻为应变片，另外两个电阻为补偿电阻。
当应变片受到力或压力作用时，其电阻值发生变化，从而使桥路出现失衡，产生输出信号。
2.4 输出信号电阻应变式传感器的输出信号通常为电压信号。
输出信号的大小和方向取决于桥路失衡的程度和方向，可以通过增益电路和滤波电路进行信号处理和放大。
3. 应用电阻应变式传感器广泛应用于力学实验、工业自动化、航空航天等领域。
电阻应变片传感器的应用实例
1－工作应变片 2－补偿应变片
F
R4
R1
R 2
应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
汽车衡汽车衡称重系统来自电子天平人体秤
应 变 式 数 显 扭 矩 扳 手
用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制 紧固螺纹的装配扭矩。
（2）压力的测量
组合式压力传感器示意图
组合式压力传感器压力测量动画演示
筒式压力传感器
应变片测力动画演示1力和扭矩的测量电阻应变片式传感器的应用举例悬臂梁称重动画演示应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置汽车衡汽车衡称重系统电子天平人体秤用于汽车摩托车飞机内燃机机械制造和家用电器等领域准确控制紧固螺纹的装配扭矩
电阻应变片式传感器的应用举例
（1）力和扭矩的测量
应变片测力动画演示
悬臂梁称重动画演示
第九章 应变、力与扭矩测量
3、某管子承受内压，沿管圆周方向粘贴四片应变片Ro， 并按下图联成电桥。若已知Ua＝10V，Ks=2.00， E=2.00X105N／mm2，测得Ud=12mV问该管周向应力为 多少（2R0为固定片）？ σ= Eε
4、一个直流应变电桥如图。已知： R1=R2=R3=R4=R=120Ω，U0=4V，电阻应变片灵敏度 K=2。求：（1）当R1为工作应变片，其余为外接电阻， R1受力后变化R1/R=1/100时，输出电压为多少？（2）当 R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/100时，问R1 和R2是否能感受同样极性的应变，为什么
（2）只测量拉压而不考虑弯曲的作用， R1，R2串 联组成桥臂，另一臂用两片温度补偿片Rk串联组成。 （c）输出电压为： 1 U BD U 0 K
4
4、剪力的测量
电阻应变片只能测量正应力， 不能直接测量剪应力，只能利 用剪应力引起的正应力测量剪 应力。
M 1 Qa1
M 2 Qa2
M 1 WE1
u d 1 R1 R2 1 k s u 0 4 R1 R2 2
2.同值异号成比例
R1 F R2 F a
ud 1 R1 R2 1 (1 )k s u0 4 R1 R2 4
其中μ为材料的泊松比。
沿应变片R1方向的应变为: 沿应变片R2方向的应变为:
由材料力学知：
1 3
1 3
E E
-
3 1
E E
-
1 3 E 1 1 1 max
E 1 1
E 1
根据广义虎克定律：
扭矩为： M
K
maxW p
抗弯截面模量Wp
压力测试技术
3.2 压力的电学测量方法
压力量的电测系统
1.传感器；2.测量回路；3.记录或显示器
3.3 电阻应变式压力传感器
电阻应变测量系统 ①电阻应变计——传感元件； ②电阻应变仪——转换部分，它将构件表面 的应变转换为电阻值的相对变化，并将应 变计电阻的相对变化(以电桥转换的方式)转 换成电压或电流信号。 ③记录仪器——记录电阻应变仪的输出。
因
2 2 D h2 d h1 4 4
d2 h 2 2 h1 D
则
故
d2 p g(h1 h 2 ) g(1 2 )h 2 D
由于 D>>d，所以 P =ρgh2
三、斜管微压计
主要用于测量微小压力、负压和压差， 它将单管液柱压力计的测量管倾斜放置， 这样可以提高灵敏度，减少读数相对误 差。
弹簧管 截面为非圆形（椭圆 形或扁圆形），并弯 成圆弧状的空心管子 一端为封闭（自由 端），一端为开口 （固定端）
1 2 R 2 a2 P (1 2 ) 0 E bh b k2
弹簧管压力表
结构简单，使用方便， 价格低廉，使用范围 广，测量范围宽
可测负压、微压、低 压、中压和高压
压阻式压力传感器测量的主要缺点
压阻式压力传感器在测量中存在着测量较 大应变时，存在非线性较严重及电阻和灵 敏度系数的温度稳定性差的不足，因此必 须找到有效、可靠的温度补偿措施。
r＝0，εr、εt达 最大值 r=r0， εt=0
r=r0，εr达 负的最大值
r=0.58r0， εr=0
压阻式压力传感器输出
精度有 0.5 、 1.0 、 1.5 、 2.5等
弹性式压力计的误差 1．迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量 不一样，产生迟滞误差。 2．后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起 弹性后效误差。 3．间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性 元件的变形不可能完全对应，引起间隙误差。 4．摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力， 产生摩擦误差。 5．温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变 化，造成温度误差。
传感器与检测技术课件第三章电桥
Z1
Us Z3 Z4
Z3
C
Us
Z1
(
Z3 Z4
Z1 Z
)
2
Z3Z1 Z3 Z
4
Z
2
Z3
B
Z2
D
Uo
Z4
Us
Z1Z 4
Z1 Z2
Z3
Z3
Z2 Z
4
Us
图8-3 交流电桥电路
第三章 力、扭矩和压力传感器
电桥
一、电桥工作原理 2.交流电桥
Uo
Us
Z1Z 4
Z1 Z2
Z3Z2
Z3 Z4
第三章 力、扭矩和压力传感器
一、电桥工作原理 2.交流电桥
电桥
A
采用交流电源供电的电桥称为 交流电桥。在这种情况下桥臂
Z1
所接元件可以是电阻、电感或
电容。
C
Z2
D
Uo
Z3
Z4
B
Us
图8-3 交流电桥电路
第三章 力、扭矩和压力传感器
电桥
一、电桥工作原理 2.交流电桥
A
如果交流电源是频率为f的正 弦交流信号，则各桥臂的复阻
Uo
R1R4 R2 R3
R1 R2 R3 R4
Es
第三章 力、扭矩和压力传感器
一、电桥工作原理 1.直流电桥 则电桥输出端电压为：
Uo
R1R4 R2 R3
R1 R2 R3 R4
Es
C
平衡条件
R1R4 R2 R3
或
R1 R3 R2 R4
电桥
A R1
R2
Rg
D
Ig
R3
R4
B
ES
概述扭矩测量原理
概述扭矩测量原理
1扭矩测量的原理
扭矩是指物体在摩擦或弹性力学效应下产生的旋转力量，也就是力作用点离物体中心的距离乘上力值之积。
扭矩测量，是指测量扭矩大小的技术，其常用手段主要是扭矩传感器，它能够检测和量化被测物体在旋转时产生的大小，并将检测结果再经由数字显示器而得到显示结果。
扭矩测量是由物理学家哥伦布发明的，他发现了两个物体间的弹性关系，发明了以弹性钢丝作为转动测量装置的原理，这可以在给定的扭矩下精确的衡量被测物体。
这一原理由此传播出来，台，在科学研究和工业生产中均受到了广泛的应用。
2扭矩传感器的电路原理
扭矩测量的实际操作原理是，通过使用扭矩传感器来量化扭矩，该传感器最终会把扭矩转换成电信号，再由电路将这些电信号转换为数字信号，将转换后的数字信号放入数字显示器，显示出对应的受力结果。
传感器的芯片由两个夹具构成，通过橡胶分别连接两个夹具的内侧，当夹具受到扭矩的作用时，橡胶会因为受力而紧缩变形。
把夹具内触点连接电路，当触点变形时，会触发电路并产生一定大小的电平
变化。
由此，扭矩传感器就可以检测到扭矩的变化，并对其进行量化。
通过上述原理可以看出，扭矩测量技术是根据物理学原理发展而出，通过压力传感器及电路技术转变成能够解读出数值的技术，在很多工业和科学研究中都发挥了重要的作用。
第九章-应变、力、扭矩与压力测量
1、应变的测量原理
将应变片贴在受力件上，应变片与受力件表面同时发生 变形，产生电阻的变化，通过测量电路即可产生与变形成 比例的模拟信号，最后换算成应变的大小。
2、应变测量装置
电阻应变仪：将应变片的电阻变化转变为电压或电流变 化,然后进行放大,一般采用调幅放大电路。
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动态标定：输入一个动态激励力，测出相应的输出，然后 确定出传感器的频响特性等
9.3 扭矩的测量
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扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是Nm。扭矩的测 量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法 最常用。
一、 扭矩传感器的工作原理
对固定参数的弹性轴，转矩作用于弹性轴时，产生 的扭转角、应力、应变与转矩成正比，因此，只要测出扭 转角、应力或应变，即可得到扭矩的大小。按扭矩信号的 产生方式不同，可以将传感器设计为光电式、光学式、磁 电式、应变式、电容式、等各种形式。
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。
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应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
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荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向 变短，径向变长。
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F
F
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三、影响测量的因素及消除方法
1、温度的影响及补偿 温度补偿法一般采用温度自补偿应变片或电路补偿片，后者 的原理是利用补偿片贴在不受力的同温度、同材料的补偿件 上，利用电桥的和差特性使温度引起的输出为零。
2、贴片误差 贴片方向应和主应力方向一致。 3、应变片的实际工作条件与额定条件的差异 标定材料与被试材料、应变片的名义电阻与桥接电阻 4、电磁干扰 5、测点的选择
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置，可视为(b)的复合。应变片分
别处于同一截面同一直径两个端 点的邻近部位，在轴体表面展开 图中四个敏感栅的中心共线。 (e) 四片均布的双竖八字布置， (d)与(e)可组成全桥或半桥方式， 其灵敏度及抵抗非测力因素的性
与(d)的区别仅在于四片圆周均布。
能同(c)。
测试技术基础
绪论
6.2.2 扭矩测量信号的传输
的方法最常用
测试技术基础
绪论
6.2.1 应变式扭矩测量
当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力tmax。轴
表面为纯剪应力状态，与轴线成45°的方向上有最
大正应力1和2，其值为1 = 2 = tmax。相应的变
形为e1和e2，当测得应变后，便可算出tmax。测量时 应变片沿与轴线成45°的方向粘贴。 若测得沿45°方向的应变e1，则相应的剪应变为
绪论
6.1 应力应变的测量
测量应变需用电阻应变仪： 1、功能：调幅放大、解调、滤波等 2、可接由电阻、电容和电感组成的电桥 3、分类：
静态电阻应变仪（200Hz以下）
动态电阻应变仪（0-2kHz）
超动态电阻应变仪（0-20kHz）
4、应变仪的电桥特性与电桥的和差特性相似
测试技术基础
绪论
6.1 应力应变的测量
率沿应力方向下降，而沿应力
的垂向增加；在受拉伸时，导
磁率变化正好相反。
测试技术基础
绪论
压磁式测力装置
在硅钢叠片上开4个对称的通孔，孔中
分别绕互相垂直的两个线圈，一个线圈为
励磁绕组，另一个为测量绕组。无外力作 用时，磁力线不和测量绕组交链，测量绕 组不产生感应电势。当受外力作用时，磁 力线分布发生变化，部份磁力线和测量绕
组交链，并在绕组中产生感应电势，且作
用力愈大，感应电势愈大。 硅钢材料受力面加大后，可测量数千吨的力，且输出电势较
大，无需放大处理。常用于大型轧钢机的轧制力测量。
测试技术基础
绪论
差动变压器式测力传感器
差动变压器式力传感器的弹性
元件是簿壁圆筒，在外力作用下，
变形使差动变压器的铁芯介质微
位移，变压器次极产生相应电信 号。 其特点是工作温度范围较宽, 为了减小横向力或偏心力的影响，
前面章节介绍过压电式传感器的原理和压
电式振动加速度传感器，测力传感器的结构
类似。其特点是体积小，动态响应快，但是
也存在电荷泄漏，不适宜静态力的测量。使
用中应防止承受横向力和施加予紧力。
测试技术基础
绪论
压磁式测力装置
某些铁磁材料受到外力作用时，
引起导磁率变化现象，称作压
磁效应，其逆效应称作磁致伸
缩效应。硅钢受压缩时其导磁
•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。
测试技术基础
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。
• 常用力测量的布片和组桥方式:
测试技术基础
绪论
温度补偿
•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 R R
1 U BD U 0 ( 4
1p 1t
R1
R2 t ) R2
传感器的高径比应较小。
测试技术基础
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。
测试技术基础
绪论
6.2 扭矩的测量
以 测量转轴应变 测量转轴两横截面相对扭转角
测试技术基础
绪论
八角环式
圆环方式不易加紧固 定, 实际上常用八角环 代替, 如图所示。八角
环厚度为h, 平均半径
为r。当h/r较小时, 零 应变点在39.6°附近。 当h/r=0.4时，零应变点在45°处，故一般八角环测力Fx 时，应变片贴在45°处。
测试技术基础
绪论
切削测力仪
当测力仪受进给抗力Fx作用，则应变片R5、R7受拉应力，R6、R8受压应力。 当圆环同时受Fy、Fx作用时，把应变片R1～R4，R5～R8组成如图所示的电桥， 就可互不干扰地分别测得Fy和Fx。当测力仪受主切削力Fz的作用时，其八角 环既受到垂直向下的力，又受到由于Fz引起的弯矩Mz的作用。力Fz与各应变 片轴向垂直不起作用，Mz使测力仪上部环受拉应力，下部环受压应力，因此 将应变片组成如图所示电桥就可测出Fz。
测试技术基础
绪论
测量扭矩时应变片的布置和组桥方式
(c) 四片径端对称的双横八字布
置，互相垂直的两个应变片的中
组成全桥时，输出灵敏度为(a)的 二倍。无论组成半桥或全桥皆可 抵消拉(压)及弯曲的影响及横向 剪力。
心共线，四片可组成半桥或全桥。
测试技术基础
绪论
测量扭矩时应变片的布置和组桥方式
(d) 四片径端对称的双竖八字布
应变片的布置与桥接方式 基本原则： • 选择主应力最大部位贴片
•
充分利用电桥和差特性进行补偿，并保证灵
敏度和线性度
•
是贴片位置应变与外载荷成线性关系
测试技术基础
绪论
6.1 应力应变的测量
应变片的布置与桥接方式 基本原则： • • 选择主应力最大部位贴片，同时考虑应力状态 主应力方向不定，可采用花片（报告）
•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 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 U K (e 1 e 1 ) 0 K (1 )e 1 4 4
U 0 R1 p 1 U 0 Ke p 4 R1 4
扭矩测量的集电装置
旋转件的应变测量，要解决信号传送的问题。粘贴在旋转件上 的应变片和电桥导线随旋转件转动，而应变仪等测量记录仪器是 固定的。除采用遥测方式以外，需要有集电装置。
无线传输方式
分为电波收发方式和光电脉冲传输方式，这两种方式取消了中 间接触环节。电波收发方式测量系统要求可靠的发射、接收和遥 测装置，且其信号容易受到干扰(数字化后传输可解决)；光电脉 冲测量抗干扰能力较强，将测试数据数字化后以光信号的形式从 转动的测量盘传送到固定的接收器上，然后经解码器后还原为所 需的信号。
电阻应变片 R1 ， R2 和 R3 ， R4 。粘贴应
变片处的应变为
6Fl 0 e 2 E bh E
测试技术基础
绪论
等强度梁
( 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 6Fl
•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。
测试技术基础
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。
测试技术基础
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
测试技术基础
绪论
测量扭矩时应变片的布置和组桥方式
(a) 双片集中轴向对称(横八字)
布置，应变片R1及R2互相垂直，
组成半桥的相邻两臂。贴片及引 线较为简单，但不能完全抵消横 向剪力影响。 (b) 双集中径向对称(竖八字)布 置，与(a)之不同之处仅在于R1及 R2处于同一截面周边的邻近两个 点上，其适用条件同(a)。
吨的载荷，常用于大型轧钢设备 的轧制力测量。
测试技术基础
绪论
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
3Fl e E 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。
测试技术基础
绪论
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
Ee 1 t 1
测试技术基础
绪论
6.2.1 应变式扭矩测量
于是，轴的扭矩为
对于实心圆轴 Wn= D3/16 测扭时，电阻应变计须沿主应变e1及e2的方 向(与轴线成45°及135°夹角)。应变计的布 置及组桥方式应考虑灵敏度、温度补偿及抵 消拉、压及弯曲等非测量因素干扰的要求。
Ee 1 T t Wn Wn 1
e