第六章 力、扭矩、压力的测量
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扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理扭矩是物体受到外力作用时发生转动的力矩，是描述物体转动能力的物理量。
在工程和科学领域中，扭矩的测量是非常重要的，因为准确测量扭矩可以用于设计、制造和维护各种设备。
测量扭矩的方法和原理有多种，下面将详细介绍其中几种常用的方法。
1.力臂法：力臂法是最常用的一种测量扭矩的方法。
它基于杠杆原理，通过施加一定的力在一个确定的力臂上来测量扭矩。
具体步骤如下：a.将扭矩传感器插入被测物体上，确定感应轴与被测物体的旋转中心相切。
b.施加一定大小的力在感应轴上，记录所需的力臂长度。
c.扭矩的大小可以通过施加的力乘以力臂长度来计算。
2.应变计法：应变计法是一种基于材料的变形特性来测量扭矩的方法。
它利用了材料在受力时会发生应变的原理，通过测量这种应变来计算扭矩大小。
具体步骤如下：a.将应变计固定在被测物体上，以使其能测量所需位置的应变。
b.当扭矩施加在被测物体上时，应变计会产生相应的应变。
c.测量应变计输出的电压或电阻值，利用应变计的灵敏度和校准数据来计算扭矩大小。
3.电磁法：电磁法是一种利用电磁感应原理来测量扭矩的方法。
它通过感应电流的变化来计算扭矩大小。
具体步骤如下：a.在被测物体上安装扭矩传感器，传感器的结构中包含一个用于感应磁场变化的线圈。
b.当扭矩施加在被测物体上时，传感器中的线圈会感应到磁场的变化。
c.感应电流的大小与扭矩成正比，通过测量感应电流的大小来计算扭矩。
4.平衡法：平衡法是一种通过平衡两个力矩来测量扭矩的方法。
它基于力矩平衡原理，通过调整一个质量和距离的平衡来测量未知扭矩的大小。
具体步骤如下：a.将被测物体与一个已知扭矩的校准装置相连，使其达到力矩平衡。
b.在校准装置上调整质量和距离，直到力矩平衡，并记录所需的质量和距离值。
c.将被测物体与校准装置断开，使用相同的质量和距离值来平衡新的未知扭矩，通过分析平衡状态来计算未知扭矩的大小。
总结起来，扭矩的测量方法包括力臂法、应变计法、电磁法和平衡法等。
扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理扭矩是物体绕轴旋转时受到的力矩，它是描述旋转力大小和作用位置的物理量。
在工程和科学研究中，测量扭矩是非常重要的。
本文将介绍扭矩的测量方法和原理。
常见的扭矩测量方法有静态法、动态法和电信号法。
静态法主要是通过杠杆原理，将扭矩传感器固定在被测物体上，然后根据测得的传感器输出信号计算出扭矩值。
动态法则是测量物体在旋转过程中的扭转角度和加速度，通过牛顿第二定律推导出扭矩值。
电信号法则是利用电极或电阻应变片等装置，将扭矩转化为电信号，再通过电路进行测量。
下面从静态法和电信号法两个方面详细介绍扭矩的测量原理。
一、静态法静态法是一种利用杠杆原理进行扭矩测量的方法。
其原理可由下式表示：M=F×l式中，M是扭矩，单位是牛顿米（N·m）；F是施加在杠杆上的力，单位是牛顿（N）；l是施力点到旋转中心的距离，单位是米（m）。
在实际测量中，需要将扭矩传感器固定在被测物体上，使其与旋转轴平行。
当物体受到扭矩时，扭矩传感器会产生相应的变形，进而输出电信号。
通过测量传感器的输出信号，可以计算出施加在物体上的扭矩大小。
静态法的优点是测量精度高，并且适用于不同形状和材料的物体。
然而，静态法只适用于低速旋转的物体，因为在高速旋转时，由于离心力的影响，无法准确测量扭矩值。
二、电信号法电信号法是一种常用的扭矩测量方法。
其原理是利用电阻应变片的变形来测量扭矩。
当物体受到扭矩作用时，电阻应变片会产生相应的应变，从而引起电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以间接得到扭矩变化的大小。
电信号法的基本原理如下：1.将电阻应变片安装在固定的位置上，使其与旋转轴垂直。
2.当物体受到扭矩作用时，电阻应变片的传感网格发生形变，导致电阻值的变化。
3.将电阻值变化转化为电信号输出。
4.通过测量电信号的强度，可以得到扭矩的大小。
电信号法的优点是测量范围广，可适用于高速旋转的物体。
此外，电信号法具有快速响应、准确可靠等特点。
测试技术9力扭矩压力的测量
R3
补
桥a
式
R2
c偿
R4
d
弯曲最大 输出电压 应变 提高一倍， 且可消除 拉伸的影 响
弯曲最大 应变
输出电 压提高到
2(1+)
倍，且可
消除拉伸
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。
测试技术9力扭矩压力的测量
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (2/23)
9.1.1 应力、应变的测量 (Measurement of Stress and Strain)
应力、应变测量方法 应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。
电阻应变仪的分类 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； 静动态电阻应变仪 工作频率为0～200 Hz，用以测量静态应变或 频率在200 Hz以下的低频动态应变； 动态电阻应变仪 工作频率为0～2 000 Hz，用以测量2 000 Hz以下 的动态应变； 超动态电阻应变仪 工作频率为0～20 000 Hz，用以测量爆炸冲击 等瞬态变化过程下的超动态应变。
测试技术9力扭矩压力的 测量
2020/11/25
测试技术9力扭矩压力的测量
9.0 序 (Introduction)
力、扭矩、压力测量的目的：
力是最基本和最常见的工作载荷，也是其他载荷形式和有关 物理量（弯矩、扭矩、应力、功、功率及刚度等）的基本因 素；
通过力、扭矩和压力的测量，分析构件的受力状况和工作状 态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。
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
2021年现代测试技术之力、扭矩、压力的测量PPT课件
若测得沿45°方向的应变ε1，则相应的剪应变为
式中： E—材料的弹性模量； μ—材料的泊松比；
于是，轴的扭矩为
式中： Wn—材料的抗扭模量。
对于实心圆轴
测扭时，电阻应变计须沿主应变ε1及ε2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。
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
10.2.2 扭矩测量信号的传输
1. 扭矩测量的集电装置 旋转件如转轴的应变测量，需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。
集电装置由两部份组成：与应变片相连，随旋转件转动的集 流环（滑环）和与外部测量仪器相连，压靠在滑环上的电 刷（拉线）。集流装置应准确可靠地传递应变信号，防止 干扰减少测量误差。集流环与电刷之间接触电阻的变化是 产生干扰，影响正常测量的主要因素。
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。
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。
PPT文档演模板
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。
PPT文档演模板
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
PPT文档演模板
R4 d R2
力扭矩压力的测量
变形 需测 形式 应变
精密测试技术 10 力、扭矩、压力的测量PPT文档共47页
精密测试技术 10 力、扭矩、压力的 测量
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Biblioteka
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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机械工程测试技术第六章 力、扭矩、压力的测量
能同(c)。
测试技术基础
第六章 力、扭矩、压力的测量
6.2.2 扭矩测量信号的传输
扭矩测量的集电装置
旋转件应变测量，要解决信号传送问题。
除采用遥测方式以外，需要有集电装置。
无线传输方式
电波收发方式和光电脉冲传输。电波收发 方式测量系统要求可靠的发射、接收和遥 测装置，信号易受到干扰(数字化后传输可
铁磁材料的转轴受扭矩作 用时，导磁率发生变化。压 磁式扭矩传感器中铁芯的开 口端与转轴表面保持1-2mm 空隙，当A-A线圈通入交流 电，形成过转轴的交变磁场。 当转轴不受扭矩时，磁力 线和B-B线圈不交链；转轴 受扭矩作用时，转轴材料导磁率变化，沿正应力方向磁阻减小， 沿负应力方向磁阻增大，从而使磁力线分布改变，使部分磁力线 与B-B线圈交链，在B-B线圈产生感应电势。
e
E
b0 h2 E
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。
测试技术基础
第六章 力、扭矩、压力的测量
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，
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
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。
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
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）
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
力、扭矩、压力的测量共48页
。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
力、扭矩、压力的测量
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
力、扭矩、压力的测量
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
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。
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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
点上，其适用条件同(a)。
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。
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
测试技术基础
绪论
6.1.3 其它测力传感器
电容式力传感器
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。
测试技术基础
绪论
压电式力传感器
传感器的高径比应较小。
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
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
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
•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
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；
•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；
测试技术基础
绪论
6.2.3其它扭矩测量方法
压磁式扭矩传感器
磁电感应式扭矩传感器
光电式扭矩传感器
测试技术基础
绪论
压磁式扭矩传感器
铁磁材料的转轴受扭矩作 用时，导磁率发生变化。压 磁式扭矩传感器中铁芯的开 口端与转轴表面保持1-2mm 空隙，当A-A线圈通入交流 电，形成过转轴的交变磁场。 当转轴不受扭矩时，磁力 线和B-B线圈不交链；转轴 受扭矩作用时，转轴材料导磁率变化，沿正应力方向磁阻减小， 沿负应力方向磁阻增大，从而使磁力线分布改变，使部分磁力线 与B-B线圈交链，在B-B线圈产生感应电势。
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
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:
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
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。
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，则相应的剪应力为
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。
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，
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。
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，
•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 ）e 1 •也可以消除因加载偏心 而造成的附加弯矩。
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。
•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 量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。
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
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
测试技术基础
绪论
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
测试技术基础
绪论
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效应来确定力值。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。
U 0 R1 p 1 U 0 Ke p 4 R1 4
测试技术基础
绪论
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 下表面对称粘贴，由加减
拉(压)应变。工作片在上、 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。
测试技术基础
绪论
用多工作片提高应变测量的灵敏度
Ee 1 T t Wn Wn 1
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，但不能完全抵消弯 曲影响，可用于轴体不受弯曲的 场合。 (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
e
3F [ R ( h / 2)] 2 1 2 bh E R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度测试技术基础 Nhomakorabea绪论
圆环式和八角环式
将应变片贴在1、2、3和4处，
1、3处受拉；2、4处受压。
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
点上，其适用条件同(a)。
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。
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
测试技术基础
绪论
6.1.3 其它测力传感器
电容式力传感器
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。
测试技术基础
绪论
压电式力传感器
传感器的高径比应较小。
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
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
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
•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
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；
•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；
测试技术基础
绪论
6.2.3其它扭矩测量方法
压磁式扭矩传感器
磁电感应式扭矩传感器
光电式扭矩传感器
测试技术基础
绪论
压磁式扭矩传感器
铁磁材料的转轴受扭矩作 用时，导磁率发生变化。压 磁式扭矩传感器中铁芯的开 口端与转轴表面保持1-2mm 空隙，当A-A线圈通入交流 电，形成过转轴的交变磁场。 当转轴不受扭矩时，磁力 线和B-B线圈不交链；转轴 受扭矩作用时，转轴材料导磁率变化，沿正应力方向磁阻减小， 沿负应力方向磁阻增大，从而使磁力线分布改变，使部分磁力线 与B-B线圈交链，在B-B线圈产生感应电势。
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
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:
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
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。
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，则相应的剪应力为
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。
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，
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。
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，
•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 ）e 1 •也可以消除因加载偏心 而造成的附加弯矩。
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。
•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 量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。
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
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
测试技术基础
绪论
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
测试技术基础
绪论
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效应来确定力值。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。
U 0 R1 p 1 U 0 Ke p 4 R1 4
测试技术基础
绪论
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 下表面对称粘贴，由加减
拉(压)应变。工作片在上、 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。
测试技术基础
绪论
用多工作片提高应变测量的灵敏度
Ee 1 T t Wn Wn 1
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，但不能完全抵消弯 曲影响，可用于轴体不受弯曲的 场合。 (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
e
3F [ R ( h / 2)] 2 1 2 bh E R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度测试技术基础 Nhomakorabea绪论
圆环式和八角环式
将应变片贴在1、2、3和4处，
1、3处受拉；2、4处受压。