第六章 力、扭矩、压力测量.ppt

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 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。 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。 6.1.1 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。 应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥(直流电桥的输出特性)类似。 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。 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； 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。 常用应力测量的布片和组桥方式: 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 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。 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拉(压)应变。工作片在上、下表面对称粘贴，由加减特性可知，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。 用多工作片提高应变测量的灵敏度 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 也可以消除因加载偏心而造成的附加弯矩。 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。 应变片的选择及应用 试件的测试要求，满足测试精度、所测应变的性质。 试验环境与试件的状况，消除温度、湿度等因素的影响。 应变片的粘贴。工艺：清洗、上胶、粘合 、加压、固化和检验等。 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。 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。 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 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。 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，则梁的应变为 这种梁的结构在相同力F的作用下产生的挠度比悬臂梁小。 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 圆环式和八角环式 将应变