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力、扭矩、压力的测量 教研室：材料成型及控制工程教研室 教师姓名：曾娣平 课程名称机械工程测试技术授课专业及班次08级机械类模具本科专业授课内容柱式、筒式、剪切梁式力传感器及其测量技术；压电式压力传感器及其测量技术，压力传感器的标定；电感式、涡流式、电容式位移传感器及测量技术授课方式及学时课堂讲解或多媒体演示，4学时目的要求通过学习力、压力和位移测量，使学生具有应用应变式、压电式以及位移测量技术测量工程中力、压力和位移的能力。重点与难点（1）教学重点 应变片的布置与组桥；压电式压力传感器、位移传感器的工作特性及应用。 （2）教学难点 在拉、压、弯、扭等各种载荷复合作用下如何布片和组桥，；压力传感器的标定，。 讲授内容及 时间分配力的测量1学时；扭矩，压力测量2学时。教 具课堂讲解或多媒体演示参考资料王伯雄主编：《测试技术基础》，清华大学大学出版社，2003  力、扭矩、压力的测量 第一节 力的测量 力的测量方法可以归纳为利用 HYPERLINK javascript:mywindow(%20); \o 解释概念 力的静力效应和动力效应两种。 利用静力效应测力 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。例如，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。 利用动力效应测力 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 1.1 应力、应变的测量 常用的力测量方法是用应变片和 HYPERLINK javascript:mywindow1(%20); \o 应变仪按工作频率分类 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。 应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥类似。 直流电桥的输出电压为 其中R1、R2、R3和R4分别为电桥的四个桥臂电阻。 若在力作用下所产生的电阻变化分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考虑到ΔRR，忽略ΔR的高次项，则式(10.1)可写成： 当各桥臂应变片的灵敏度K相同时，式(10.2)可改写为： 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。 常用应力测量的布片和组桥方式: 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 HYPERLINK javascript:mywindow2(%20); \o 直流电桥的输出公式 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。 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 HYPERLINK /zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUTEST/LLBF/10/10_1_2.htm \l ######### 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。 ??? 梁式弹性元件 类型有 HYPERLINK /zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUTEST/LLBF/10/10_1_2.htm \l ######### 等截面梁、 HYPERLINK /zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUTEST/LLBF/10/10_1_2.htm \l ######### 等强度梁和 HYPERLINK /zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUTEST/LLBF/10/10_1_2.htm \l ######### 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。 ??? 环式弹性元件 分为 HYPERLINK /zskj/4018/%BF%CE%BC%FE%B9%E2%C5%CC/NEUTEST/LLBF/10/10_1_2.htm