测试技术扭矩的测量
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1 4
( R1
R
R2
R
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R
R4
R
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当各桥臂应变片的灵敏度相同时,则上式可改写为
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S (1
2
3
4 )ue
(电桥和差特性)
半桥单臂 半桥双臂 全桥
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u0 ueS
(R1产生+ΔR) (R1产生+ΔR 、R2产生-ΔR) (R1、R3产生+ΔR 、R2、R4产生-ΔR)
a)直角形应变花 b)等边三角形应变花 c)T-△形应变花 d)双直角形应变花
三、影响测量的因素及其消除方法
1.温度的影响及温度补偿 在测试操作中注意需满足以下三个条件: 1)工作片和补偿片必须是相同的。 2)补偿板和待测试件的材料必须相同。 3)工作片和补偿片的温度条件必须是相同的或位于同一温度 环境下。 2.减少贴片误差 3.力求应变片实际工作条件和额定条件的一致 4.排除测量现场的电磁干扰 5.测点的选择
关于在弯曲、扭转和拉(压)、弯、扭复合等其他典型载荷下, 应变片的布置和接桥方法可参阅有关专著。
轴向拉伸(或压缩)载荷下应变测试的应变片的布置和接桥方法
5.应变片的选择及应用 (1)试件的测试要求 应变片的选择应从满足测试精度、所测应变的性质等方面考虑。
(2)试验环境与试件的状况
试验环境对应变测试的影响主要是通过温度、湿度等因素起作 用。试件本身的状况同样是选用应变片的重要依据之一。
第二节 力的测量
当力施加于某一物体后,将产生两种效应:一是使物体变形的 效应,二是使物体的运动状态改变的效应。
由胡克定律可知:弹性物体在力的作用下产生变形时,若在弹 性范围内,物体所产生的变形量与所受的力值成正比。因此只 需通过一定手段测出物体的弹性变形量,就可间接确定物体所 受力的大小。
物体受到力的作用时,产生相应的加速度。由牛顿第二定律 可知:当物体质量确定后,该物体所受的力和所产生的加速 度,二者之间具有确定的对应关系。只需测出物体的加速度, 就可间接测得力值。
2.应变测量装置
应变测量装置也称电阻应变仪。一般采用调幅放大电路,它由 电桥、前置放大器、功率放大器、相敏检波器、低通滤波器、 振荡器、稳压电源组成。电阻应变仪将应变片的电阻变化转换 为电压(或电流)的变化,然后通过放大器将此微弱的电压 (或电流)信号进行放大,以便指示和记录。
静态电阻应变仪:用于静态载荷作用下的应变测量,以及变化 十分缓慢或变化后能很快稳定下来的应变测量。
(3)应变片的粘贴
应变片的粘贴是应变式传感器或直接用应变片作为传感器的成 败关键。
二、应力的测量
1.应力测量原理
应力测量原理:
先测量受力物体的变形量,然后根据胡克定律换算出待测力的 大小。这种测力方法只能用于被测构件(材料)在弹性范围内 的条件下。 2.应力状态与应力计算
某一测点的应变和应力间的量值关系是和该点的应力状态有关 的。 (1)单向应力状态
第九章 应变、力与扭矩测量
第一节 应变与应力的测量 第二节 力的测量 第三节 扭矩的测量
第一节 应变与应力的测量
一、应变的测量 1.应变测量原理
应变测试系统组成框图
基本原理: 把所使用的应变片按构件的受力情况,合理的粘贴在被测
构件变形的位置上,当构件受力产生变形时,应变片敏感栅也 随之变形,敏感栅的电阻值就发生相应的变化。其变化量的大 小与构件变形成一定的比例关系,通过测量电路(如电阻应变 测量装置)转换为与应变成比例的模拟信号,经过分析处理, 最后得到受力后的应力、应变值或其他的物理量。
机械工程中,大部分测力方法都是基于物体受力变形效应。
一、几种常用力传感器的介绍 1.弹性变形式的力传感器 (1)圆柱式电阻应变式力传感器
a)柱式力传感器结构图 b)接桥电路
(2)梁式拉压力传感器 a)梁式力传感器 b)接桥电路
2.差动变压器式力传感器
1—弹性圆筒 2—铁心 3—Fra bibliotek动变压器绕组3.压磁式力传感器 压磁元件及其工作原理
a)三向电极排列方式图 b)三向测力传感元件结构图
三、测力传感器的标定 测力传感器的标定分静态标定和动态标定两个方面:
4.应变片的布置与接桥方法
布片和接桥的原则:
1)在分析试件受力的基础上选择主应力最大点为贴片位置。
2)充分合理地应用电桥和差特性,只使需要测的应变影响电 桥的输出,且有足够的灵敏度和线性度。
3)使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。
下表列举了在轴向拉伸(或压缩)载荷下应变测试的应变片的 布置和接桥方法。从表中可以看出,应变片不同的布置和接桥 方法对灵敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。一般 应优先选用输出信号大、能实现温度补偿、贴片方便和便于分 析的方案。
静动态电阻应变仪:以静态应变测量为主,兼作200Hz以下的低 频动态测量。
动态电阻应变仪:用于0~2kHz范围的动态应变测量。
超动态电阻应变仪:用于0~20kHz的动态过程和爆炸、冲击等 瞬态变化过程中的动态应变测量。
3.应变仪的电桥特性
应变仪中多采用交流电桥,电源以载波频率供电,四个桥臂均 为电阻组成,由可调电容来平衡分布电容。电桥输出电压:
E
E—被测件材料的弹性模量
(2)平面应力状态 1)已知主应力方向 用半桥单点测量薄壁压力容器的主应变
1
1
2
E
(1
2
)
2
1
E
2 ( 2
1 )
a)应变片的粘贴位置 b)相应的接桥电路
2)主应力方向未知 一般采用贴应变花的办法进行测试。对于平面应力状态,如 能测出某点三个方向的应变、和,就可以计算出该点主应力 的大小和方向。应变花是由三个或多个按一定角度关系排列 的应变片组成,用它可测试某点三个方向的应变,然后按有 关实验应力分析资料中查得的主应力计算公式求出其大小及 方向。目前市场上已有多种复杂图案的应变花供应,可根据 测试要求选购,例如直角形应变花和三角形应变花。
a)结构示意图 b)无外力作用时 c)有外力作用时
压磁式力传感器结构 1—压磁元件 2—基座 3—弹性梁 4—钢球
4.压电式力传感器 压电式力传感器结构
1—承力头 2—压电晶体片 3—导销 4—预紧螺栓 5—基座
二、空间力系测量装置 一般空间力系包括三个互相垂直的分力和三个互相垂直的力 矩分量。对未知作用方向的作用力,如需完全测定它,也需 按空间力系来处理。