现代测试技术第10章力、扭矩、压力的.pptx
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现代测试技术第10章力扭矩压力的
等强度梁应变式传感器
这种弹性元件的特点是：其截面沿梁强度方向按一定规 律变化，当集中力F作用在自由端时，距作用力任何距 离的截面上的应力均相等。因此，沿之中梁的程度方 向上的截面抗弯模量W的变化与弯矩的变化成正比， 即
常数
在等强度两的设计中，往往采用矩形截面，保持截面 厚度h不变，只改变梁的宽度b。设沿梁长度方向上某 一截面到力的作用点的距离为x，则
弹性元件的粘贴应变片和桥路的连接，应 尽可能消除偏心和弯矩的影响，如图所示 。
梁式力传感器
• 等截面梁式力传感器 对端点的弯矩 M=F 对端点的应力 抗弯截面系数 联立以上各式解得：
端点的应变为： 贴片处的应变为
其中S=bh 为梁的截面积。
电阻变化为
当结构确定后，令
常数
悬臂梁力传感器的应变电阻的相对变化与外力成正比。 梁式弹性元件制作的力传感器，适用于测量500kg以下的载荷 ，最小可测几十克重的力，这种传感器具有结构简单、加工容 易、应变片易粘贴、灵敏度高等优点。
现代测试技术第10章力扭矩 压力的
10.1.1 应力(stress) 的测量
应力是重要的机械量，应力状况可由 某点主应力的大小和方向来表示。
测量应力可以分析研究零件、机构的 受载情 况、负荷水平和强度能力，验 证设计计算结果的正确性。
应力测试任务是正确确定零件主应力 的大小、方向及分布规律。
应力测试方法采用电阻应变测量法。
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。
由于八角环易于固定夹紧，所以常用它代替圆环 。
测试技术 第十章 力、扭矩和压力的测量
三、压力——静止的流体垂直作用在单位面积上的力
单位：帕斯卡（Pa） 1 Pa = 1N / m2 1、大气压力：大气自重所产生的压力，即气压。 2、表压力：在环境大气压力作参考压力的差压。 3、绝对压力：相对绝对真空所测得的压力。 4、正压力：绝对压力高于大气压的表压力 5、负压力：…………低于……压力时，大气压力与绝对压力之差。 6、真空度：低于大气压力的绝对压力
§1 力的测量 一、力的测量方法
1、利用动力效应测力 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。 2、利用静力效应测力 静力效应是物体产生变形，通过测量物体的变形量 或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力值。 如：测量变形用差动变压器、激光干涉等方法 利用与力有关的物理效应：压电效应、压磁效应等
两种常用方法：
– 转轴应变测量。如应变式、压磁式 – 转轴两横截面相对扭转角测量。如磁电式、光电式
一、应变式扭矩测量
二、压磁式扭矩测量
三、磁电式扭矩测量
四、光电式扭矩测量
§3 压力的测量
一、压力的量值传递系统 见表7-5
二、压力的测量方法
1、液压式测压法 如：液体式压力计 2、弹性变形测压法 如：膜盒压力计 3、负荷测压法 如：活塞式压力计 4、电学量测压法 如：将压力转换成电阻、电容、电感等。 各类型电学量压力表见下表：
电子皮带称方法见图7-18
W G ( t )v ( t ) / Ldt
0 T
– L =（L1+L2）/2 ——有效称量段 – G（t）——作用于称重框架上的瞬时物料重量
B、测长法
每当皮带移动一端距离S时，测量一次称重辊上的重量， 在某段时间内，皮带移动距离为nS时，运送物料的总 n 重量为：
检测扭矩知识_图文
检测扭矩知识_图文.pptx
为什么要使 用螺栓连接？
•装配简单 • 拆卸方便 • 效率高 • 成本低
螺纹连接的目的
测量拧紧效果
夹紧力与摩擦力的关系
• 施加的扭矩不能超过使用极 限，过大会使螺栓过度伸长。
• 安全余量取决于: – 拧紧精度 – 材料等级
扭矩限值
软连接、硬连接
硬连接
• 到达贴合点 后，旋转 30°以内达 到目标扭矩
软连接：
• 到达贴合点 后，旋转2 圈以上达到 目标扭矩
扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。
动态Байду номын сангаас矩和静态扭矩
如何在一个连接件上测量扭矩？
动态扭矩：在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量
静态扭矩：安装后用扭矩扳手测量
软连接--静态扭矩较动态扭矩要 偏小，原因是衰减。 硬连接--由于较高的静态摩擦力， 静态扭矩可比动态扭矩要高。 左图中倒V的拐点即是扭力扳手 测得的硬连接上的静态扭矩 。
硬连接上的扭矩实测值（范例）
测试螺纹副的装配扭矩方法
事后静态测试法 • 松开法 • 紧固法
在线动态测试法
测试螺纹副的装配扭矩方法
事后静态测试法 装配完成后再进行检测。一般使用精度大于3%的机械式扭力扳手
或电子式扭力扳手。常用有2种检测方法：
松开法 将装配好的螺纹副用指示式或电子式扭力扳手松开，读出松开时的瞬时值，然后
根据经验和试验在乘以一个系数a，a的值一般在1.1--1.6之间。这种测试方法误差较大， 除特殊情况外生产中以很少用。
紧固法 用扭力扳手将装配好的螺纹副进一步紧固，当产生微小的转角时，读出测试扭矩
值，再乘以一个系数a，a的值一般在0.9--1.1的系数。这是现在一种比较常用的方法。 紧固法在正常的硬连接的情况下测试出的扭矩往往比实际装配扭矩要大，在软连接的 情况下测试出的扭矩往往比实际装配扭矩要小。
最新力力矩压力测量ppt课件
力矩测量的基本方法：
（1）传递法（Transmission method ） （扭轴法）：转矩使弹性轴产生扭转变形
（2）力平衡法（Force balance method ）
（3）能量转换法（Power transformation method）: E1=E2+ΔE，测量各种电机的转 矩；
•电动机：MP/(kn) P为输入功率，k为单位系数，
利用压电材料(石英晶体、压电陶瓷）的压电效应，将被测力 转换为与其成正比的电荷量输出；
石英晶体：性能稳定、动态响应好，机械强度高，线性范围 宽，多用于高精度高大量程测量, mN~MN。
压电陶瓷：压电常数远高于压电晶体，价格便宜，用途广泛
Q dij F
dij: 压电常数 主要用于动态力测量
•多分量式
压磁式测力仪（Piezomagnetic dynamometry）
压磁效应：工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下磁导 率发生变化； 硅钢受压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增 加；在受拉伸时，导磁率变化正好相反。
U0FkUiN1/N2
可测很 大负荷， 达 1M 牛 以上， 精度1％。
7.2.3 压力测量
定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称 压强。压力测量仪表用来测量气体或液体压力，又称压 力表或压力计。
压力测量方法的分类
1. 液体式压力计（Manometers） – U形管（U-tube manometer） – 槽式压力计（ The cistern manometer ） – 倾斜式U形管（The inclined tube manometer）
E实＝161MPa, max
k n
1.2 161 193Mpa s 3
力扭矩压力的测量
等截面双端固定梁 这种梁的结构在相同力F的作用下产生的挠度比悬臂梁的要小。
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力扭矩压力的测量
环式弹性元件
圆环式
39.6° Fy B=0
B
B
R1 R2
R4 R3
力的测量 (16/23)
R2
R1
uy
R3
R4
uo 测Fy
在圆环上施加径向力 Fy 时，圆环各处的应变不同，在与作用力 成39.6°处（图中B点）应变等于零，称为应变节点，而在水平 中心线上应变最大。将应变片 R1、R2、R3和 R4贴在水平中心线 上， R1、 R3受拉应力， R2、R4受压应力。
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力扭矩压力的测量
等强度梁
b0 R2R1
b
x l
力的测量 (15/23)
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
F
上任意位置的应变也相等，因此
Байду номын сангаас称为等强度梁。
h 等强度梁的各点由于应变相等，
故粘贴应变片的位置要求不严格。
在粘贴应变片处的应变为
T
R1
R3
T
R2 R4
电桥连接方法
测量应变 与 仪器读数应变
备注
r间的关系
R1 a
F
b
R1和R2均为 工作片
c R2
R2 R1 a
b
c
F
R3 R4
R1 b R3
R1、R2 、R3、 R4均为工作 片
a
c
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R4 d R2
力扭矩压力的测量
变形 需测 形式 应变
力力矩压力测量ppt课件
效面积
四、电测式压力测量仪表
利用金属或半导体的物理特性将压力转换为电压、电流信号或电荷信号输出，或是将弹性体的形变转换为电阻量、电容量、电感量、频率量等电学量输出。 类别：压电式、压阻式、应变式、电感式、电容式等。 精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。
1、 电感式（磁阻式）弹性压力计 ( Reluctance diaphragm gauge ）
力矩测量的基本方法： （1）传递法（Transmission method ） （扭轴法）：转矩使弹性轴产生扭转变形 （2）力平衡法（Force balance method ） （3）能量转换法（Power transformation method）: E1=E2+ΔE，测量各种电机的转矩；
7.1 概念 7.1.1 力 （1）什么是力? 力是物体之间的相互作用。各种机械运动是力或力矩传递的结果，因此力是最重要的物理量之一； 力的动力效应：力改变物体的机械运动状态； 力的静力效应：造成物体的变形。
（2）力矩、扭矩、转矩（torque ） 力矩是力和力臂的乘积。 力矩能使物体转动，也称为转矩。 对于一个旋转轴，转矩 T= F×r，F是在半径r处的切向力。 轴在转矩作用下会发生扭曲变形，材料内部会产生剪切应力和应变，也称为扭矩。
dij: 压电常数 主要用于动态力测量
多分量式
压磁效应：工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下磁导率发生变化； 硅钢受压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增加；在受拉伸时，导磁率变化正好相反。
压磁式测力仪（Piezomagnetic dynamometry）
可测很大负荷，达1M牛以上，精度1％。
7.2.3 压力测量
定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力测量仪表用来测量气体或液体压力，又称压力表或压力计。 压力测量方法的分类 1. 液体式压力计（Manometers） U形管（U-tube manometer） 槽式压力计（ The cistern manometer ） 倾斜式U形管（The inclined tube manometer） 2. 弹性式压力计（Diaphragms） 波顿管（Bourdon tubes）
四、电测式压力测量仪表
利用金属或半导体的物理特性将压力转换为电压、电流信号或电荷信号输出，或是将弹性体的形变转换为电阻量、电容量、电感量、频率量等电学量输出。 类别：压电式、压阻式、应变式、电感式、电容式等。 精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。
1、 电感式（磁阻式）弹性压力计 ( Reluctance diaphragm gauge ）
力矩测量的基本方法： （1）传递法（Transmission method ） （扭轴法）：转矩使弹性轴产生扭转变形 （2）力平衡法（Force balance method ） （3）能量转换法（Power transformation method）: E1=E2+ΔE，测量各种电机的转矩；
7.1 概念 7.1.1 力 （1）什么是力? 力是物体之间的相互作用。各种机械运动是力或力矩传递的结果，因此力是最重要的物理量之一； 力的动力效应：力改变物体的机械运动状态； 力的静力效应：造成物体的变形。
（2）力矩、扭矩、转矩（torque ） 力矩是力和力臂的乘积。 力矩能使物体转动，也称为转矩。 对于一个旋转轴，转矩 T= F×r，F是在半径r处的切向力。 轴在转矩作用下会发生扭曲变形，材料内部会产生剪切应力和应变，也称为扭矩。
dij: 压电常数 主要用于动态力测量
多分量式
压磁效应：工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下磁导率发生变化； 硅钢受压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增加；在受拉伸时，导磁率变化正好相反。
压磁式测力仪（Piezomagnetic dynamometry）
可测很大负荷，达1M牛以上，精度1％。
7.2.3 压力测量
定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力测量仪表用来测量气体或液体压力，又称压力表或压力计。 压力测量方法的分类 1. 液体式压力计（Manometers） U形管（U-tube manometer） 槽式压力计（ The cistern manometer ） 倾斜式U形管（The inclined tube manometer） 2. 弹性式压力计（Diaphragms） 波顿管（Bourdon tubes）
《现代力学测试技术》PPT课件
研制、施工生产阶段：
设计要求 材料的研制生产 材料、构造的力学 性能检测 无损评价方法和验收标准的建立。这已 被视为完整而不可分割的系统工程。
使用运行阶段：
在役检测，平安运行、可靠性评价。通过检测， 了解现状、分析问题的原委，对提高设计理论水平、 改进施工工艺和质量，提高使用性能、延长使用寿 命都是至关重要的。
开展方向 ：
人类的信息化时代必将为智能测试提供 更为广阔的应用前景。随着科学技术的 开展，现代测试技术将向着高可靠性、 高智能化方向开展。
1．采用新型信息处理方法
2．集成仪器〔虚拟仪器〕
3．采用高智能化软件
4．网络化
5．通用化与标准化
就工程构造而言，运用现代各种测试 技术对构造进展无损检测、监测与故障 诊断是目前该领域中最受关注的一个研 究方向。
3、对测试数据进展各种处理，根据测试要求 不同，处理结果可形成各种信息，也可去执行各 种操作。
测试技术的地位和重要性：
科学的开展突破是以测试技术的水平 为根底的，同时科学技术的开展又促进测 试技术开展。测试技术已渗透到人类的科 学研究、工程实践和日常生活的各个方面。 在生产活动中广泛应用测试技术，如生产 过程中产品质量的控制、节能和生产过程 的自动化等。这些都要测量生产过程中的 有关参数和(或)进展反响控制，以保证生 产过程中的这些参数处于最正确最优状态。
二、工程构造的无损检测与故障诊断
1．构造无损检测与故障诊断的内涵 即对构造进展检测、分析和评估，以
确定构造是否有故障存在，进而判别故 障的程度和方位，以及构造目前的状况、 使用功能和构造故障的变化趋势等，从 而对构造作出平安性评价、使用寿命评 估等。
2．无损检测——
是指以不损及材料、构造和其将来使 用及使用可靠性的方式，对材料或构造 或此两者进展物理力学性能变化，几何 特性，组织构造，化学成份，宏观缺陷 等检测。
设计要求 材料的研制生产 材料、构造的力学 性能检测 无损评价方法和验收标准的建立。这已 被视为完整而不可分割的系统工程。
使用运行阶段：
在役检测，平安运行、可靠性评价。通过检测， 了解现状、分析问题的原委，对提高设计理论水平、 改进施工工艺和质量，提高使用性能、延长使用寿 命都是至关重要的。
开展方向 ：
人类的信息化时代必将为智能测试提供 更为广阔的应用前景。随着科学技术的 开展，现代测试技术将向着高可靠性、 高智能化方向开展。
1．采用新型信息处理方法
2．集成仪器〔虚拟仪器〕
3．采用高智能化软件
4．网络化
5．通用化与标准化
就工程构造而言，运用现代各种测试 技术对构造进展无损检测、监测与故障 诊断是目前该领域中最受关注的一个研 究方向。
3、对测试数据进展各种处理，根据测试要求 不同，处理结果可形成各种信息，也可去执行各 种操作。
测试技术的地位和重要性：
科学的开展突破是以测试技术的水平 为根底的，同时科学技术的开展又促进测 试技术开展。测试技术已渗透到人类的科 学研究、工程实践和日常生活的各个方面。 在生产活动中广泛应用测试技术，如生产 过程中产品质量的控制、节能和生产过程 的自动化等。这些都要测量生产过程中的 有关参数和(或)进展反响控制，以保证生 产过程中的这些参数处于最正确最优状态。
二、工程构造的无损检测与故障诊断
1．构造无损检测与故障诊断的内涵 即对构造进展检测、分析和评估，以
确定构造是否有故障存在，进而判别故 障的程度和方位，以及构造目前的状况、 使用功能和构造故障的变化趋势等，从 而对构造作出平安性评价、使用寿命评 估等。
2．无损检测——
是指以不损及材料、构造和其将来使 用及使用可靠性的方式，对材料或构造 或此两者进展物理力学性能变化，几何 特性，组织构造，化学成份，宏观缺陷 等检测。
力扭矩压力的测量培训
详细描述
压力是一个标量，表示物体单位面积上所受的正压力。它的大小等于施加在物体 上的力除以受力面积。压力可以由重力、弹性形变、流体动压等产生。在气体或 液体中，压力与流体的密度和速度有关。
02 力、扭矩、压力的测量工具
力测量工具
01
02
03
测力计
用于测量力的仪器，根据 力的作用原理，可分为弹 簧测力计、电子测力计等 。
04 力、扭矩、压力测量的应用场景
力测量的应用场景
01
工业生产
在生产线中，力是重要的参数之一，对产品的质量、生产效率和安全性
都有影响。通过力测量，可以监测和控制生产过程中的力，确保生产过
程的稳定性和产品质量。
02
交通运输
在交通运输领域，力测量对于车辆和船舶的性能优化、安全性和稳定性
至关重要。例如，对汽车发动机的输出扭矩进行测量，可以评估车辆的
力扭矩压力的测量培训
• 力、扭矩、压力的基本概念 • 力、扭矩、压力的测量工具 • 力、扭矩、压力的测量方法
• 力、扭矩、压力测量的应用场景 • 力、扭矩、压力测量的注意事项
01 力、扭矩、压力的基本概念
力
总结词
力是物体之间的相互作用，是改变物体运动状态的原因。
详细描述
力是一个矢量，具有大小和方向两个基本属性。根据牛顿第 三定律，力是物体之间的相互作用，作用力和反作用力大小 相等、方向相反。力可以改变物体的运动状态，包括速度和 加速度。
测量精度
选择具有足够测量精度的压力 测量仪器，以确保测量结果的 准确性。
校准
定期对压力测量仪器进行校准 ，以确保其准确性。
环境因素
注意环境因素（如温度、湿度 、压力等）对压力测量的影响 ，尽量在恒定环境下进行测量
压力是一个标量，表示物体单位面积上所受的正压力。它的大小等于施加在物体 上的力除以受力面积。压力可以由重力、弹性形变、流体动压等产生。在气体或 液体中，压力与流体的密度和速度有关。
02 力、扭矩、压力的测量工具
力测量工具
01
02
03
测力计
用于测量力的仪器，根据 力的作用原理，可分为弹 簧测力计、电子测力计等 。
04 力、扭矩、压力测量的应用场景
力测量的应用场景
01
工业生产
在生产线中，力是重要的参数之一，对产品的质量、生产效率和安全性
都有影响。通过力测量，可以监测和控制生产过程中的力，确保生产过
程的稳定性和产品质量。
02
交通运输
在交通运输领域，力测量对于车辆和船舶的性能优化、安全性和稳定性
至关重要。例如，对汽车发动机的输出扭矩进行测量，可以评估车辆的
力扭矩压力的测量培训
• 力、扭矩、压力的基本概念 • 力、扭矩、压力的测量工具 • 力、扭矩、压力的测量方法
• 力、扭矩、压力测量的应用场景 • 力、扭矩、压力测量的注意事项
01 力、扭矩、压力的基本概念
力
总结词
力是物体之间的相互作用，是改变物体运动状态的原因。
详细描述
力是一个矢量，具有大小和方向两个基本属性。根据牛顿第 三定律，力是物体之间的相互作用，作用力和反作用力大小 相等、方向相反。力可以改变物体的运动状态，包括速度和 加速度。
测量精度
选择具有足够测量精度的压力 测量仪器，以确保测量结果的 准确性。
校准
定期对压力测量仪器进行校准 ，以确保其准确性。
环境因素
注意环境因素（如温度、湿度 、压力等）对压力测量的影响 ，尽量在恒定环境下进行测量
现代测试技术--概述 ppt课件
并进行各种运算、滤波、分析，将结果输
至显示、记录或控制系统信号显示、记录
环节，以观察者易于认识的形式来显示测
量的结果，或者将测量结果存贮。
ppt课件
22
在所有这些环节中，必须遵循的基本原则是：
（1）各环节的输出量与输入量之间应保持一
一对应和尽量不失真的关系，
（2）必须尽可能地减小或消除各种干扰。
ppt课件
ppt课件 37
（2）反馈系统
构成反馈系统的各个组成环节有封闭环，也
称闭环系统。这种系统的准确度主要取决于反馈
环节。因此要求反馈环节有良好的稳定性和快速
响应能力。
ppt课件
38
1.4.2.2按信号传递方式分类
按信号实现方式分类，可分为自动测试系统 和手动测试系统。
（1）手动测试系统
测试是由人工直接参与完成的。
态特性、以及外界扰动等影响。
动态测试误差本身也是变量，动态测试数据处理
具有其特殊性。
ppt课件 10
动态测试的基本特点
（1）时变性 （2）随机性
（3）相关性
（4）动态性
ppt课件
11
（1）时变性：动态测试所测量的是随测试 时间而变化的量，表现为随测试时间而变化 的某种函数。
（2）随机性：动态测试数据的另一基本特 点是既含有确定性变化部分，又含有随机性 变化部分，表现为测试时间的随机函数。
采用各种传感器把非电量变换成电量，再 用测量电量的方法测试出这些反映被测非 电量的电量信号。
ppt课件 15
非电量电测技术的优点
（1）不同的非电量变换成电量后，可用相同的仪 器仪表； （2）电量便于传输、利于控制和远距离操作；
（3）有利于进行动态测量和记录；
力、扭矩、压力及测量
将应变计安装在处于单向应力状态的试件表面，应变计电阻值的相对变 化（ΔR/R）与其轴向应变(ε)的比值称为应变计的灵敏系数（K）。K值由 抽样试验确定，试验精度要求较高时，可用等强度梁或等弯距梁标定。
2)可测应变范围 应变计的最小可测应变量决定于应变计的灵敏系数及测量仪器的灵敏度，
常用应变仪可测最小应变为１微应变，记作1με（1με=10-6）。可测最大应变 取决于应变计的强度、线性范围及粘结剂的效能。
(1+)倍， 不能消除
偿
(1 ) 拉伸的影
响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
第一节 力的测量
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
第一节 力的测量
3)温度的影响 应变计的电阻温度系数是其安装在试件上时单位温度变化所产生的电阻
相对变化量。电阻应变计的热输出是不能忽略的，可利用电桥特性进行温 度补偿，也可采用温度自补偿应变计。 4)应变计的横向效应
电阻应变计的敏感栅有横向的部分，其对应变计电阻变化的影响与纵向 部分不同。应变计的横向灵敏系数与纵向灵敏系数的比值称为横向效应系 数。箔式应变计的横向效应可以忽略。丝式应变计的使用条件与其标定条 件不同时，要考虑对测量结果作修正。
第一节 力的测量
2. 其它测力传感器
(1) 电容式测力传感器
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。
2)可测应变范围 应变计的最小可测应变量决定于应变计的灵敏系数及测量仪器的灵敏度，
常用应变仪可测最小应变为１微应变，记作1με（1με=10-6）。可测最大应变 取决于应变计的强度、线性范围及粘结剂的效能。
(1+)倍， 不能消除
偿
(1 ) 拉伸的影
响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
第一节 力的测量
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
第一节 力的测量
3)温度的影响 应变计的电阻温度系数是其安装在试件上时单位温度变化所产生的电阻
相对变化量。电阻应变计的热输出是不能忽略的，可利用电桥特性进行温 度补偿，也可采用温度自补偿应变计。 4)应变计的横向效应
电阻应变计的敏感栅有横向的部分，其对应变计电阻变化的影响与纵向 部分不同。应变计的横向灵敏系数与纵向灵敏系数的比值称为横向效应系 数。箔式应变计的横向效应可以忽略。丝式应变计的使用条件与其标定条 件不同时，要考虑对测量结果作修正。
第一节 力的测量
2. 其它测力传感器
(1) 电容式测力传感器
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。
现代检测技术PPT精品课件
现代检测技术
• 非电量测量技术：将除电量以外的物理量（化学 量）如；温度、压力、振动、化学成分、位移等
用各种手段变换为电量，从而进行准确测量的技 术。
• 现代检测技术近50年发展起来，具有很多技术上 的优点（1）它的反应速度快（2）可以测量微弱
信号，并将转换的电信号进行长距离传输，便于 远距离操作与控制。（3）测量精度高，能自动 连续地进行测量（4）可输出的电信号易与计算 机连接、记录和处理数据。
• 热电偶分度表：使热电偶冷端温度保持不变，将另一端与 被测物体接触，可以通过测量热电势来确定温度数值，把 热电偶的热电势与工作端温度之间的关系制成表格。
2021/3/1
7
常用热电偶种类
• 贵13金00属℃（，1短）期铂可铑测10-温--铂16热0电0℃偶（S）长期测温可测 （2）铂铑13—铂（R）（3）铂铑30—铂铑6 廉金属：1、铜—康铜（T）2、铁—康铜（J）3、镍铬—
• 压磁元件受力作用后，磁弹性体的磁阻（或磁导率）发生与 作用力成正比的变化，测出磁阻变化即间接测定了力值。
• 压磁元件及工作原理：
2021/3/1
15
• 由若干形状相同的硅钢片叠合而成,孔1、2间的绕 组W12为励磁绕组，用于接入励磁电源；孔3、4 间的绕组W34用于产生感应电势。当压磁元件无外 力作用时，由于铁心磁性的各相同性，四个区域的 磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，绕1、2孔闭 合，不与绕组W34交链， W34不会产生感应电动 势，输出为零。当压磁元件受外力F作用时，A、 B区域受到较大应压力，磁导率下降，磁阻增大； C、D区域基本处于自由状态，磁导率基本不变， 此时部分磁力线不再通过A、B区域，而是绕过C、 D区域闭合，并与绕组W34交链，从而在二次侧绕 组中感应出电动势E。作用力F越大。转移磁通越 多，E也越大，F和电流I或电压U呈线性关系
• 非电量测量技术：将除电量以外的物理量（化学 量）如；温度、压力、振动、化学成分、位移等
用各种手段变换为电量，从而进行准确测量的技 术。
• 现代检测技术近50年发展起来，具有很多技术上 的优点（1）它的反应速度快（2）可以测量微弱
信号，并将转换的电信号进行长距离传输，便于 远距离操作与控制。（3）测量精度高，能自动 连续地进行测量（4）可输出的电信号易与计算 机连接、记录和处理数据。
• 热电偶分度表：使热电偶冷端温度保持不变，将另一端与 被测物体接触，可以通过测量热电势来确定温度数值，把 热电偶的热电势与工作端温度之间的关系制成表格。
2021/3/1
7
常用热电偶种类
• 贵13金00属℃（，1短）期铂可铑测10-温--铂16热0电0℃偶（S）长期测温可测 （2）铂铑13—铂（R）（3）铂铑30—铂铑6 廉金属：1、铜—康铜（T）2、铁—康铜（J）3、镍铬—
• 压磁元件受力作用后，磁弹性体的磁阻（或磁导率）发生与 作用力成正比的变化，测出磁阻变化即间接测定了力值。
• 压磁元件及工作原理：
2021/3/1
15
• 由若干形状相同的硅钢片叠合而成,孔1、2间的绕 组W12为励磁绕组，用于接入励磁电源；孔3、4 间的绕组W34用于产生感应电势。当压磁元件无外 力作用时，由于铁心磁性的各相同性，四个区域的 磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，绕1、2孔闭 合，不与绕组W34交链， W34不会产生感应电动 势，输出为零。当压磁元件受外力F作用时，A、 B区域受到较大应压力，磁导率下降，磁阻增大； C、D区域基本处于自由状态，磁导率基本不变， 此时部分磁力线不再通过A、B区域，而是绕过C、 D区域闭合，并与绕组W34交链，从而在二次侧绕 组中感应出电动势E。作用力F越大。转移磁通越 多，E也越大，F和电流I或电压U呈线性关系
《现代测试技术》课件
信号发生器能够产生各种波形信号，如正 弦波、方波、三角波等，并且可以调节信 号的幅度、频率和相位等参数。
详细描述
信号发生器通常采用晶体振荡器或合成技 术，能够产生高精度和高稳定性的信号， 并且具有低噪声和低失真的特点。
05
现代测试技术的应用实例
在通信领域的应用实例
信号完整性测试
无线通信测试
利用先进的测试设备和技术，对通信 设备的信号质量和传输性能进行全面 检测，确保信号在传输过程中保持完 整。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、电子对抗、频谱管理等领 域。
频谱分析仪通常采用快速傅里叶变换技术，能够实现快速和准 确的频谱分析，并且具有高灵敏度和宽动态范围的特点。
网络分析仪
总结词
网络分析仪是一种用于测量电子设备网络特性的仪器。
详细描述
网络分析仪能够测量电子设备的阻抗、导纳、增益、相位 等参数，并且可以分析网络的频率响应和传输特性。
信号的预处理
对采集到的信号进行滤波、放大 、去噪等处理，以提高信号质量 。
数字信号处理
离散傅里叶变换（DFT）
将时域信号转换为频域信号，便于分析信号的频率成分。
数字滤波器
通过设定滤波器参数，对信号进行滤波处理，以提取特定频率范围的信号或抑制噪声。
频谱分析
频谱分析方法
包括傅里叶分析、小波分析等，用于 研究信号的频率特性。
精度和准确性
测试系统应具备高精度和准确性，以减小测 量误差。
实时性
测试系统应具备快速响应能力，能够实时采 集和处理数据。
可扩展性
测试系统应具备良好的可扩展性，方便后续 升级和功能扩展。
测试系统的优化设计
模块化设计
将测试系统划分为多个模块，每个模 块具有独立的功能和接口，便于维护 和升级。
详细描述
信号发生器通常采用晶体振荡器或合成技 术，能够产生高精度和高稳定性的信号， 并且具有低噪声和低失真的特点。
05
现代测试技术的应用实例
在通信领域的应用实例
信号完整性测试
无线通信测试
利用先进的测试设备和技术，对通信 设备的信号质量和传输性能进行全面 检测，确保信号在传输过程中保持完 整。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、电子对抗、频谱管理等领 域。
频谱分析仪通常采用快速傅里叶变换技术，能够实现快速和准 确的频谱分析，并且具有高灵敏度和宽动态范围的特点。
网络分析仪
总结词
网络分析仪是一种用于测量电子设备网络特性的仪器。
详细描述
网络分析仪能够测量电子设备的阻抗、导纳、增益、相位 等参数，并且可以分析网络的频率响应和传输特性。
信号的预处理
对采集到的信号进行滤波、放大 、去噪等处理，以提高信号质量 。
数字信号处理
离散傅里叶变换（DFT）
将时域信号转换为频域信号，便于分析信号的频率成分。
数字滤波器
通过设定滤波器参数，对信号进行滤波处理，以提取特定频率范围的信号或抑制噪声。
频谱分析
频谱分析方法
包括傅里叶分析、小波分析等，用于 研究信号的频率特性。
精度和准确性
测试系统应具备高精度和准确性，以减小测 量误差。
实时性
测试系统应具备快速响应能力，能够实时采 集和处理数据。
可扩展性
测试系统应具备良好的可扩展性，方便后续 升级和功能扩展。
测试系统的优化设计
模块化设计
将测试系统划分为多个模块，每个模 块具有独立的功能和接口，便于维护 和升级。
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点成0°处(图中A点)应变等于零。将应变片贴在与
垂直中心线成39.6°的5、6、7、8处，则5、7处 受拉应力，6、8处受压应力。这样，当圆环上同时
作用着Fx和Fy时，将1～4处和5～8处的应变片分 别组成电桥，就可以互不干扰地测力Fx和Fy。
应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥类似。 应变片的布置和电桥组接（简称布片组桥）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、消除弯矩影响和提高测量灵敏度的目的。 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。
W bh2
6
联立以上各式解得：
6Fl
bh 2
端点的应变为： 贴片处的应变为
6Fl 6Fl
E Ebh2 EhS
0
6Fl0 Ebh 2
其中S=bh 为梁的截面积。
电阻变化为
R K K 6l0 F
R
bh2 E
当结构确定后，令
K ' K 6l0 常数 bh2 E
R K ' F R
悬臂梁力传感器的应变电阻的相对变化与外力成正比。 梁式弹性元件制作的力传感器，适用于测量500kg以下的载荷 ，最小可测几十克重的力，这种传感器具有结构简单、加工容 易、应变片易粘贴、灵敏度高等优点。
等强度梁应变式传感器
这种弹性元件的特点是：其截面沿梁强度方向按一定规
律变化，当集中力F作用在自由端时，距作用力任何距
[ b ]
所以
D F d2 4 [ b ]
弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性都有影响，由材料
力学可知，高度对沿其横截面的变形有影响。当高度与直径之 比H/D》1时，沿其中间断面上的应力状态和变形状态与其端 面上作用的载荷性质和接触条件无关。试验研究结果建议：
H 2D l
l --为应变片的基长
第10章 力、扭矩、压力的测量
10.1 力的测量 通过对机械零件和机械结构的力、
扭矩和压力的测量，可以分析其受力状 况和工作状态，验证设计计算，确定工 作过程和某些物理现象的机理。对设备 的安全运行、自动控制及设计理论的发 展等都有重要指导作用。
10.1.1 应力(stress) 的测量
应力是重要的机械量，应力状况可由 某点主应力的大小和方向来表示。
u
1 4
u0
k 1
2
3
4
测量前，要求电桥处于平衡状态，无输出。 测量时，电桥应愈不平衡愈好，这样可获得 最大的输出信号。组桥的同时，还需考虑电
桥的温度补偿。
10.1.1 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。
对空心圆柱则取 H D d l
我国的BLR-1型电阻应变式拉力传感器、BHR型荷重传感器
都采用这种结构，其量程在0.1~100t之间。
弹性元件的粘贴应变片和桥路的连接，应尽可能 消除偏心和弯矩的影响，如图所示。
梁式力传感器
• 等截面梁式力传感器
对端点的弯矩 M=F l
对端点的应力
M
W
抗弯截面系数
环式弹性元件
环式弹性元件
在圆环上施加径向力Fy时，圆环各处的应变不同， 其中与作用力成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
式中R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度。
将应变片贴在1、2、3和4处，1、3处受拉应力；2、 4处受压应力。
如果圆环一侧固定，另一侧受切向力Fx时，与受力
6Fx
E bxh2E
相应的电阻变化量为：
R K 6l F
R
b0h2 E
当结构确定后，应变片的电阻 相对变化梁的二端都固定，中间加载荷，应变片 R1、R2、R3、R4粘贴在中间位置，梁 的宽度为b．厚度为h，长度为l，梁的应 变为
这种梁的结构在相同力F的作用下产生的挠 度比悬臂粱小，并在梁受到过载应力后，容 易产生非线性。由于两固定端在工作过程中 可能滑动而产生误差，所以一般都是将梁和 壳体做成一体。
测量应力可以分析研究零件、机构的 受载情 况、负荷水平和强度能力，验 证设计计算结果的正确性。
应力测试任务是正确确定零件主应力 的大小、方向及分布规律。
应力测试方法采用电阻应变测量法。
主应力方向已知时的应力测量
为测量简单应力状态下的主应力方向已
知的单向应力，可采用沿主应力方向粘贴电阻
应变片的方法。
离的截面上的应力均相等。因此，沿之中梁的程度方
向上的截面抗弯模量W的变化与弯矩的变化成正比，
即
M W
6Fl bh 2
常数
在等强度两的设计中，往往采用矩形截面，保持截面
厚度h不变，只改变梁的宽度b。设沿梁长度方向上某 一截面到力的作用点的距离为x，则
6Fx [ ]
bx h 2
bx
6Fx
h2[ ]
等强度梁的应变值为：
10.1.2 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。
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。
[ b ]
由上式可知，要想提高应变力传感器的灵敏度
K’=K/ES，必须减小截面积S，但S减小，抗弯能力
也减弱，并对横向干扰力敏感。为了解决此矛盾，在
对较小的集中力测量时，多采用空心圆筒或采用承弯
膜片，空心圆筒在相同横截面下，好象刚度大，横向
稳定性好
空心圆柱力传感器
由于
(D2 d 2) F
4
由材料力学知 联立以上各式解得：
l
l
F
S
E
F
ES
令
K' K ES
则
R K K F
R
ES
称实心柱式力传感器的灵敏度。
R K ' F R
在设计柱式传感器时，圆柱的直径（主要参数）要根据 所选用的材料的许用应力 [ b ] 来计算：
F S
[ b ]
而
S d 2 / 4
因此
d 4 F
垂直中心线成39.6°的5、6、7、8处，则5、7处 受拉应力，6、8处受压应力。这样，当圆环上同时
作用着Fx和Fy时，将1～4处和5～8处的应变片分 别组成电桥，就可以互不干扰地测力Fx和Fy。
应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥类似。 应变片的布置和电桥组接（简称布片组桥）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、消除弯矩影响和提高测量灵敏度的目的。 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。
W bh2
6
联立以上各式解得：
6Fl
bh 2
端点的应变为： 贴片处的应变为
6Fl 6Fl
E Ebh2 EhS
0
6Fl0 Ebh 2
其中S=bh 为梁的截面积。
电阻变化为
R K K 6l0 F
R
bh2 E
当结构确定后，令
K ' K 6l0 常数 bh2 E
R K ' F R
悬臂梁力传感器的应变电阻的相对变化与外力成正比。 梁式弹性元件制作的力传感器，适用于测量500kg以下的载荷 ，最小可测几十克重的力，这种传感器具有结构简单、加工容 易、应变片易粘贴、灵敏度高等优点。
等强度梁应变式传感器
这种弹性元件的特点是：其截面沿梁强度方向按一定规
律变化，当集中力F作用在自由端时，距作用力任何距
[ b ]
所以
D F d2 4 [ b ]
弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性都有影响，由材料
力学可知，高度对沿其横截面的变形有影响。当高度与直径之 比H/D》1时，沿其中间断面上的应力状态和变形状态与其端 面上作用的载荷性质和接触条件无关。试验研究结果建议：
H 2D l
l --为应变片的基长
第10章 力、扭矩、压力的测量
10.1 力的测量 通过对机械零件和机械结构的力、
扭矩和压力的测量，可以分析其受力状 况和工作状态，验证设计计算，确定工 作过程和某些物理现象的机理。对设备 的安全运行、自动控制及设计理论的发 展等都有重要指导作用。
10.1.1 应力(stress) 的测量
应力是重要的机械量，应力状况可由 某点主应力的大小和方向来表示。
u
1 4
u0
k 1
2
3
4
测量前，要求电桥处于平衡状态，无输出。 测量时，电桥应愈不平衡愈好，这样可获得 最大的输出信号。组桥的同时，还需考虑电
桥的温度补偿。
10.1.1 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。
对空心圆柱则取 H D d l
我国的BLR-1型电阻应变式拉力传感器、BHR型荷重传感器
都采用这种结构，其量程在0.1~100t之间。
弹性元件的粘贴应变片和桥路的连接，应尽可能 消除偏心和弯矩的影响，如图所示。
梁式力传感器
• 等截面梁式力传感器
对端点的弯矩 M=F l
对端点的应力
M
W
抗弯截面系数
环式弹性元件
环式弹性元件
在圆环上施加径向力Fy时，圆环各处的应变不同， 其中与作用力成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
式中R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度。
将应变片贴在1、2、3和4处，1、3处受拉应力；2、 4处受压应力。
如果圆环一侧固定，另一侧受切向力Fx时，与受力
6Fx
E bxh2E
相应的电阻变化量为：
R K 6l F
R
b0h2 E
当结构确定后，应变片的电阻 相对变化梁的二端都固定，中间加载荷，应变片 R1、R2、R3、R4粘贴在中间位置，梁 的宽度为b．厚度为h，长度为l，梁的应 变为
这种梁的结构在相同力F的作用下产生的挠 度比悬臂粱小，并在梁受到过载应力后，容 易产生非线性。由于两固定端在工作过程中 可能滑动而产生误差，所以一般都是将梁和 壳体做成一体。
测量应力可以分析研究零件、机构的 受载情 况、负荷水平和强度能力，验 证设计计算结果的正确性。
应力测试任务是正确确定零件主应力 的大小、方向及分布规律。
应力测试方法采用电阻应变测量法。
主应力方向已知时的应力测量
为测量简单应力状态下的主应力方向已
知的单向应力，可采用沿主应力方向粘贴电阻
应变片的方法。
离的截面上的应力均相等。因此，沿之中梁的程度方
向上的截面抗弯模量W的变化与弯矩的变化成正比，
即
M W
6Fl bh 2
常数
在等强度两的设计中，往往采用矩形截面，保持截面
厚度h不变，只改变梁的宽度b。设沿梁长度方向上某 一截面到力的作用点的距离为x，则
6Fx [ ]
bx h 2
bx
6Fx
h2[ ]
等强度梁的应变值为：
10.1.2 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。
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。
[ b ]
由上式可知，要想提高应变力传感器的灵敏度
K’=K/ES，必须减小截面积S，但S减小，抗弯能力
也减弱，并对横向干扰力敏感。为了解决此矛盾，在
对较小的集中力测量时，多采用空心圆筒或采用承弯
膜片，空心圆筒在相同横截面下，好象刚度大，横向
稳定性好
空心圆柱力传感器
由于
(D2 d 2) F
4
由材料力学知 联立以上各式解得：
l
l
F
S
E
F
ES
令
K' K ES
则
R K K F
R
ES
称实心柱式力传感器的灵敏度。
R K ' F R
在设计柱式传感器时，圆柱的直径（主要参数）要根据 所选用的材料的许用应力 [ b ] 来计算：
F S
[ b ]
而
S d 2 / 4
因此
d 4 F