第7章 力學(xué)參數(shù)測量

1、l 了解和掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的方法：了解和掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的方法： (1) 理論分析理論分析 (2) 實驗分析實驗分析l 實驗分析基本作用：實驗分析基本作用： (1) 分析研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)分析研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài) (2) 驗證設(shè)計理論的正確性驗證設(shè)計理論的正確性 (3) 設(shè)計制作標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)傳感器設(shè)計制作標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)傳感器 (4)了解和掌握機(jī)械設(shè)備在實際工作中的安全性了解和掌握機(jī)械設(shè)備在實際工作中的安全性l 應(yīng)變和力是最重要的測量力學(xué)參數(shù)。應(yīng)變和力是最重要的測量力學(xué)參數(shù)。l 應(yīng)變電測法應(yīng)變電測法：利用電阻應(yīng)變片測量構(gòu)件表面應(yīng)變，：利用電阻應(yīng)變片測量構(gòu)件表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系確定

2、構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)。再根據(jù)應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)。l應(yīng)變電測法測量系統(tǒng)構(gòu)成：應(yīng)變電測法測量系統(tǒng)構(gòu)成：應(yīng)變片、應(yīng)變儀、記錄應(yīng)變片、應(yīng)變儀、記錄儀、分析處理設(shè)備。儀、分析處理設(shè)備。第七章第七章 力學(xué)參數(shù)測量力學(xué)參數(shù)測量 一、電橋輸出特性一、電橋輸出特性 在受力構(gòu)件的測點處，按其應(yīng)變方向，粘貼應(yīng)變片在受力構(gòu)件的測點處，按其應(yīng)變方向，粘貼應(yīng)變片R1、R2、R3、R4，組成電橋，輸出電壓，組成電橋，輸出電壓132401234()()sRRRRuuRRRR312401()4sRRRRuuRRRR012341()4suKu第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量1234RRRRRR忽略高次項 橋臂

3、應(yīng)變片的靈敏度 K 相同第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量012341()4suKu 二、應(yīng)變片布片和組橋二、應(yīng)變片布片和組橋l 應(yīng)變片感受的是構(gòu)件表面某點的拉（壓）應(yīng)變。應(yīng)變片感受的是構(gòu)件表面某點的拉（壓）應(yīng)變。l 在多數(shù)情況下，表面應(yīng)變可能是由在多數(shù)情況下，表面應(yīng)變可能是由多種內(nèi)力因素多種內(nèi)力因素（如（如既有拉力，又伴有彎矩）造成的。既有拉力，又伴有彎矩）造成的。l 應(yīng)變片本身不能分辨示值中的各應(yīng)變成分，但是只要應(yīng)變片本身不能分辨示值中的各應(yīng)變成分，但是只要合理地選擇合理地選擇貼片位置、方位貼片位置、方位和把應(yīng)變片合格地接入電橋，和把應(yīng)變片合格地接入電橋，就能利用電橋的就能利用電橋的和

4、差特性和差特性，達(dá)到測量目的。，達(dá)到測量目的。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量1、應(yīng)力測量基本步驟應(yīng)力測量基本步驟l 選擇測點選擇測點粘貼應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片組成測量電路和系統(tǒng)組成測量電路和系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變換算。變換算。l 測點選擇與確定測點選擇與確定 根據(jù)受力構(gòu)件根據(jù)受力構(gòu)件(受力狀況分析或受力狀況分析或)測量要求，確定測點位置。測量要求，確定測點位置。l應(yīng)變片粘貼方向確定應(yīng)變片粘貼方向確定最大應(yīng)變方向。最大應(yīng)變方向。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量2、貼片與接橋原則、貼片與接橋原則 分析構(gòu)件受力性質(zhì)，了解應(yīng)力分布規(guī)律，選擇分析構(gòu)件受力性質(zhì)，了解應(yīng)力分布規(guī)律，選擇主應(yīng)力最大、最能

5、反映力學(xué)規(guī)律主應(yīng)力最大、最能反映力學(xué)規(guī)律的點為貼片位置；的點為貼片位置； 按電橋按電橋和差特性和差特性組橋，得到欲測應(yīng)變的輸出，組橋，得到欲測應(yīng)變的輸出，且靈敏度高，非線性誤差小，消除溫度影響；且靈敏度高，非線性誤差小，消除溫度影響； 測量載荷時，貼片位置的應(yīng)變與外載荷成測量載荷時，貼片位置的應(yīng)變與外載荷成線性線性關(guān)系關(guān)系(避開非線性區(qū)避開非線性區(qū))。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量3、受力構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)：、受力構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)： l 單向應(yīng)力、平面應(yīng)力和三向應(yīng)力。單向應(yīng)力、平面應(yīng)力和三向應(yīng)力。l 應(yīng)力應(yīng)變測量只能測量受力構(gòu)件的表面應(yīng)力，屬應(yīng)力應(yīng)變測量只能測量受力構(gòu)件的表面應(yīng)力，屬于于平面應(yīng)力

6、平面應(yīng)力測試。測試。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量對臂相加，鄰臂相減。對臂相加，鄰臂相減。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量1、單向應(yīng)力、單向應(yīng)力第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量三、貼片方位與應(yīng)力應(yīng)變計算三、貼片方位與應(yīng)力應(yīng)變計算l 應(yīng)變片應(yīng)變片R1沿主應(yīng)力方向粘貼，沿主應(yīng)力方向粘貼，補(bǔ)償片補(bǔ)償片RB貼在相同材質(zhì)并貼在相同材質(zhì)并處于相同溫度下的補(bǔ)償件上處于相同溫度下的補(bǔ)償件上lR1 和和 RB組成組成半橋半橋，由應(yīng)變儀即可測得應(yīng)變，根據(jù)虎克定，由應(yīng)變儀即可測得應(yīng)變，根據(jù)虎克定律計算應(yīng)力律計算應(yīng)力E拉

7、拉(壓壓)應(yīng)力應(yīng)力彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力1、單向應(yīng)力、單向應(yīng)力第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量三、貼片方位與應(yīng)力應(yīng)變計算三、貼片方位與應(yīng)力應(yīng)變計算l 也可把補(bǔ)償片也可把補(bǔ)償片RB粘貼在被測構(gòu)件上，粘貼在被測構(gòu)件上， RB垂直于受力方向垂直于受力方向粘貼，由粘貼，由R1 、 RB組成半橋，此時應(yīng)變儀測得的應(yīng)變值為組成半橋，此時應(yīng)變儀測得的應(yīng)變值為 (1) 儀拉拉(壓壓)應(yīng)力應(yīng)力2、平面應(yīng)力狀態(tài)、平面應(yīng)力狀態(tài)l 構(gòu)件表面上的力，除純拉伸（壓縮）及構(gòu)件的棱邊屬構(gòu)件表面上的力，除純拉伸（壓縮）及構(gòu)件的棱邊屬單向應(yīng)力狀態(tài)外，都是平面應(yīng)力狀態(tài)。單向應(yīng)力狀態(tài)外，都是平面應(yīng)力狀態(tài)。1）主應(yīng)力方向已知主應(yīng)力方向

8、已知l 承受內(nèi)壓的薄壁圓筒形容器的筒體，系處于平面應(yīng)力承受內(nèi)壓的薄壁圓筒形容器的筒體，系處于平面應(yīng)力狀態(tài)下，其狀態(tài)下，其主應(yīng)力方向是已知的主應(yīng)力方向是已知的。l 只需沿兩個互相垂直的主應(yīng)力方向上各貼一片應(yīng)變片，只需沿兩個互相垂直的主應(yīng)力方向上各貼一片應(yīng)變片，另外再采取溫度補(bǔ)償措施，就可以直接測出主應(yīng)變和。另外再采取溫度補(bǔ)償措施，就可以直接測出主應(yīng)變和。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量)(12121E)(11222Ea. 薄壁壓力容器薄壁壓力容器主應(yīng)力與壓力方向一致主應(yīng)力與壓力方向一致l沿兩垂直主應(yīng)力方向上各貼沿兩垂直主應(yīng)力方向上各貼一片應(yīng)變片，另外

9、再采取溫一片應(yīng)變片，另外再采取溫度補(bǔ)償措施，就可以直接測度補(bǔ)償措施，就可以直接測出主應(yīng)變。出主應(yīng)變。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量b.純扭軸表面應(yīng)力純扭軸表面應(yīng)力兩主應(yīng)力兩主應(yīng)力 1、 3大小相等，方向相大小相等，方向相反，并與軸線成反，并與軸線成450和和1350 3) 未知主應(yīng)力方向未知主應(yīng)力方向l 在測點處，設(shè)定在測點處，設(shè)定 x、y坐標(biāo)方向坐標(biāo)方向2sin22cos22xyyxyx第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 對任意三個已知方向?qū)θ我馊齻€已知方向1、2、3進(jìn)行應(yīng)變測量進(jìn)行應(yīng)變測量相應(yīng)相應(yīng)i 三個三個方程方程聯(lián)立求解得出聯(lián)立求解得出x、y方向應(yīng)變方向應(yīng)變x,y,xy

10、 測點處主應(yīng)變測點處主應(yīng)變1,2和主應(yīng)變方向和主應(yīng)變方向 12221()221arctan2xyxyxyxyxy第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 實際應(yīng)用實際應(yīng)用取取1,2,3為特殊角，如為特殊角，如00, 450, 900或或00, 600, 1200，做成，做成應(yīng)變花。應(yīng)變花。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 在在主應(yīng)力方向可大致分析出主應(yīng)力方向可大致分析出來來的情況下，一般采用的情況下，一般采用 45應(yīng)應(yīng)變花，將互成變花，將互成90的兩個應(yīng)變的兩個應(yīng)變片沿大致確定的主應(yīng)力方向粘片沿大致確定的主應(yīng)力方向粘貼，這樣感受的應(yīng)變信號較大，貼，這樣感受的應(yīng)變信號較大，可以減小測量誤

11、差?？梢詼p小測量誤差。 l 60應(yīng)變花宜用在應(yīng)變花宜用在主應(yīng)力主應(yīng)力方向完全不清楚方向完全不清楚的情況下，的情況下，因為三個應(yīng)變片與主應(yīng)力方因為三個應(yīng)變片與主應(yīng)力方向靠近的機(jī)會大，感受的應(yīng)向靠近的機(jī)會大，感受的應(yīng)變值也較大，因而可以得到變值也較大，因而可以得到比較精確的結(jié)果。比較精確的結(jié)果。三片三片450應(yīng)變花應(yīng)變花三片三片600應(yīng)變花應(yīng)變花 四、組合應(yīng)力作用下的單項應(yīng)力測量四、組合應(yīng)力作用下的單項應(yīng)力測量了解其中了解其中單項力的作用，而消除其他力的影響。單項力的作用，而消除其他力的影響。 基本方法：基本方法： 1)利用拉利用拉(壓壓)、彎、扭主應(yīng)力的、彎、扭主應(yīng)力的正負(fù)應(yīng)變特性正負(fù)應(yīng)變特性；

12、 2)合理利用合理利用電橋和差特性電橋和差特性。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量測拉力測拉力測彎矩測彎矩l 拉（壓）彎組合拉（壓）彎組合l 彎曲彎曲R1、R2同向變化時，對臂相加，鄰臂相減。同向變化時，對臂相加，鄰臂相減。R1、R2反向變化時，鄰臂相加，對臂相減。反向變化時，鄰臂相加，對臂相減。溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償片測轉(zhuǎn)矩測轉(zhuǎn)矩第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)純扭軸表面應(yīng)力純扭軸表面應(yīng)力兩主應(yīng)力大小相等，方向相反，并與軸線成兩主應(yīng)力大小相等，方向相反，并與軸線成450和和1350 l 拉（壓）彎扭組合拉（壓）彎扭組合第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力

13、應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量例題：例題：如圖所示，在一受拉彎綜合作用的構(gòu)件上貼有如圖所示，在一受拉彎綜合作用的構(gòu)件上貼有四個電阻應(yīng)變片，試分析如何組橋才能進(jìn)行下述測試：四個電阻應(yīng)變片，試分析如何組橋才能進(jìn)行下述測試：(1) 只測彎矩，消除拉應(yīng)力的影響；只測彎矩，消除拉應(yīng)力的影響；(2) 只測拉力，消只測拉力，消除彎矩的影響。求：各應(yīng)變片感受的應(yīng)變以及電橋的除彎矩的影響。求：各應(yīng)變片感受的應(yīng)變以及電橋的輸出電壓？輸出電壓？ 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量（1）只測彎矩）只測彎矩l 設(shè)構(gòu)件上表面因彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樵O(shè)構(gòu)件上表面因彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?，材料泊松比為，材料泊松比為，供橋，供橋電壓為電壓為u0

14、，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為K，各應(yīng)變片感受各應(yīng)變片感受彎應(yīng)變彎應(yīng)變： l 電橋輸出電壓電橋輸出電壓第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量（2）只測拉力）只測拉力l 設(shè)構(gòu)件上表面因拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樵O(shè)構(gòu)件上表面因拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋牧喜此杀葹?，材料泊松比為，供橋，供橋電壓為電壓為u0，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為K，各應(yīng)變片感受各應(yīng)變片感受拉應(yīng)變拉應(yīng)變： l 電橋輸出電壓電橋輸出電壓五、應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)五、應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 靜態(tài)測量：靜態(tài)測量：獲取構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分布資料，檢驗強(qiáng)獲取構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分布資料，檢驗強(qiáng)度儲備，研究局部位置的應(yīng)

15、力集中，所受載荷狀況。度儲備，研究局部位置的應(yīng)力集中，所受載荷狀況。l 動態(tài)測量：動態(tài)測量：獲取應(yīng)變隨時間的變化過程。獲取應(yīng)變隨時間的變化過程。l 應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)除必要的應(yīng)變片、動態(tài)應(yīng)變儀外，應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)除必要的應(yīng)變片、動態(tài)應(yīng)變儀外，還必須配備相應(yīng)的記錄裝置。還必須配備相應(yīng)的記錄裝置。l 由于被測應(yīng)變的頻率變動范圍不同，而各種動態(tài)應(yīng)由于被測應(yīng)變的頻率變動范圍不同，而各種動態(tài)應(yīng)變儀和記錄器的頻率適用范圍都有限制，因此應(yīng)根據(jù)變儀和記錄器的頻率適用范圍都有限制，因此應(yīng)根據(jù)測量應(yīng)變頻率測量應(yīng)變頻率的需要選擇合適的測量儀器系統(tǒng)。的需要選擇合適的測量儀器系統(tǒng)。 l 動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)第

16、一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)變片應(yīng)變片靜動態(tài)應(yīng)變儀靜動態(tài)應(yīng)變儀動態(tài)應(yīng)變儀動態(tài)應(yīng)變儀超動態(tài)應(yīng)變儀超動態(tài)應(yīng)變儀磁帶記錄儀磁帶記錄儀光線示波器光線示波器電子示波器電子示波器筆式記錄儀筆式記錄儀計算機(jī)計算機(jī)照相機(jī)照相機(jī)濾波器濾波器頻譜分析儀頻譜分析儀0-200Hz0-10kHz200kHz0-10kHz0-80Hz0-1MHz0-5kHzl 根據(jù)根據(jù)測量應(yīng)變頻率測量應(yīng)變頻率的需要選擇合適的測量儀器系統(tǒng)。的需要選擇合適的測量儀器系統(tǒng)。l 注意儀器之間注意儀器之間阻抗匹配阻抗匹配問題。問題。 六、提高測量精度的措施六、提高測量精度的措施第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量1 1）選擇合適的儀器

17、并準(zhǔn)確標(biāo)定；）選擇合適的儀器并準(zhǔn)確標(biāo)定；2 2）消除導(dǎo)線電阻的影響；）消除導(dǎo)線電阻的影響；3 3）補(bǔ)償溫度影響；）補(bǔ)償溫度影響；4 4）修正應(yīng)變片橫向效應(yīng)；）修正應(yīng)變片橫向效應(yīng)；5 5）減小應(yīng)變片貼片誤差；）減小應(yīng)變片貼片誤差；6 6）減小應(yīng)變片動態(tài)響應(yīng)和疲勞壽命影響。）減小應(yīng)變片動態(tài)響應(yīng)和疲勞壽命影響。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量l 根據(jù)測試對象選擇靜、動態(tài)特性滿足要求的儀根據(jù)測試對象選擇靜、動態(tài)特性滿足要求的儀器，并在實測之前對儀器及組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行器，并在實測之前對儀器及組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定標(biāo)定，準(zhǔn)確地確定輸入輸出的量值關(guān)系；，準(zhǔn)確地確定輸入輸出的量值關(guān)系；l 測定系統(tǒng)的頻

18、率響應(yīng)；以及環(huán)境因素對靈敏度測定系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；以及環(huán)境因素對靈敏度的影響等。的影響等。l 標(biāo)定時的條件力求與工作條件一致。標(biāo)定時的條件力求與工作條件一致。 1 1）選擇合適的儀器并準(zhǔn)確標(biāo)定）選擇合適的儀器并準(zhǔn)確標(biāo)定第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量2 2）消除導(dǎo)線電阻引起的影響）消除導(dǎo)線電阻引起的影響 /()LRRRK儀/R RK (1)LRR儀設(shè)應(yīng)變片用兩根導(dǎo)線連接到測量儀器，電阻為設(shè)應(yīng)變片用兩根導(dǎo)線連接到測量儀器，電阻為LR 結(jié)論：導(dǎo)線電阻的存在使應(yīng)變測量值變小修正。單臂 2(1)rR儀 (1)rR儀半橋 每個應(yīng)變片用兩根長導(dǎo)線與應(yīng)變儀連接 每個應(yīng)變片僅用一根長導(dǎo)線與每個應(yīng)變片僅用一

19、根長導(dǎo)線與儀器連接，另一端采用一根公儀器連接，另一端采用一根公共導(dǎo)線方式。共導(dǎo)線方式。 全橋：導(dǎo)線電阻不影響任何橋臂電阻，無需修正。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量3 3）補(bǔ)償溫度影響）補(bǔ)償溫度影響121()ttK 儀第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量3 3）補(bǔ)償溫度影響）補(bǔ)償溫度影響l 原理：原理：溫度變化總是同時作用在應(yīng)變片和試件上。溫度變化總是同時作用在應(yīng)變片和試件上。l 橋路補(bǔ)償法：橋路補(bǔ)償法：將兩個同樣的應(yīng)變片，分別貼在被測將兩個同樣的應(yīng)變片，分別貼在被測試件的應(yīng)變部位和與被測件同材料同溫度但不受力的試件的應(yīng)變部位和與被測件同材料同溫度但不受力的補(bǔ)償件上，分別作為電橋的工作

20、臂和補(bǔ)償臂，兩橋臂補(bǔ)償件上，分別作為電橋的工作臂和補(bǔ)償臂，兩橋臂相鄰連接，其溫度變化引起的電橋輸出為零，起到溫相鄰連接，其溫度變化引起的電橋輸出為零，起到溫度補(bǔ)償作用。度補(bǔ)償作用。 溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償片第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量4 4）應(yīng)變片橫向效應(yīng)的修正）應(yīng)變片橫向效應(yīng)的修正 l 應(yīng)變片的敏感柵除縱向部分外，還有圓弧形或直線應(yīng)變片的敏感柵除縱向部分外，還有圓弧形或直線形的形的橫向部分橫向部分。l 橫向部分既對應(yīng)變片軸線方向的應(yīng)變敏感，又對垂橫向部分既對應(yīng)變片軸線方向的應(yīng)變敏感，又對垂直于軸線方向的橫向應(yīng)變敏感，從而降低了應(yīng)變片的直于軸線方向的橫向應(yīng)變敏感，從而降低了應(yīng)變片的靈敏系

21、數(shù)，這就是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，這就是應(yīng)變片的橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)，其影響程度以，其影響程度以橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)系數(shù)表示。表示。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量橫向效應(yīng)誤差橫向效應(yīng)誤差 l 橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)系數(shù)H：橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系數(shù)的橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系數(shù)的比值稱為，其數(shù)值由實驗確定。比值稱為，其數(shù)值由實驗確定。100%() 100%1yixyHxxHH第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量5 5）減小貼片誤差）減小貼片誤差 l 應(yīng)變片粘貼后的方向如果與測點要求的方向不完全應(yīng)變片粘貼后的方向如果與測點要求的方向不完全重合，也會給測量結(jié)果帶來誤差。重合，也會給測量結(jié)果帶來誤差。

22、沿預(yù)定被測方向的應(yīng)變 1212cos222實際測出應(yīng)變?yōu)?1212cos2()22 應(yīng)變測量誤差應(yīng)變測量誤差 12()sin(2)sin 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測量應(yīng)力應(yīng)變測量6 6）應(yīng)變片動態(tài)響應(yīng)和疲勞壽命影響）應(yīng)變片動態(tài)響應(yīng)和疲勞壽命影響 l 由于應(yīng)變片基底和粘結(jié)的膠層很薄，應(yīng)變從構(gòu)件表由于應(yīng)變片基底和粘結(jié)的膠層很薄，應(yīng)變從構(gòu)件表面?zhèn)鬟f到敏感柵的時間很短，時間常數(shù)為微秒級，可面?zhèn)鬟f到敏感柵的時間很短，時間常數(shù)為微秒級，可以認(rèn)為對應(yīng)變是立即響應(yīng)的。以認(rèn)為對應(yīng)變是立即響應(yīng)的。l 如果如果被測動態(tài)應(yīng)變的頻率遠(yuǎn)小于應(yīng)變片允許的極限被測動態(tài)應(yīng)變的頻率遠(yuǎn)小于應(yīng)變片允許的極限頻率頻率，則應(yīng)變片的動態(tài)誤差

23、可忽略不計。，則應(yīng)變片的動態(tài)誤差可忽略不計。l 若若測點的應(yīng)變變化頻率較快測點的應(yīng)變變化頻率較快，測量的時間較長，應(yīng)，測量的時間較長，應(yīng)變片所經(jīng)受的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)也就很多。在這種情況下，變片所經(jīng)受的應(yīng)變循環(huán)次數(shù)也就很多。在這種情況下，要求選用的應(yīng)變片具有較高的疲勞壽命。要求選用的應(yīng)變片具有較高的疲勞壽命。l 此外，對于動態(tài)應(yīng)變測量，應(yīng)特別注意應(yīng)變片引線此外，對于動態(tài)應(yīng)變測量，應(yīng)特別注意應(yīng)變片引線與測量導(dǎo)線的與測量導(dǎo)線的可靠連接可靠連接，以及導(dǎo)線的，以及導(dǎo)線的牢固安裝與保護(hù)牢固安裝與保護(hù)，以保證測量的持續(xù)與可靠。以保證測量的持續(xù)與可靠。隨機(jī)載荷隨機(jī)載荷 通過力和轉(zhuǎn)矩的測量，了解和研究零件通過力和轉(zhuǎn)

24、矩的測量，了解和研究零件/ /構(gòu)件內(nèi)部受力情況和構(gòu)件內(nèi)部受力情況和工作狀態(tài)，為改進(jìn)設(shè)計和提高設(shè)備性能提供依據(jù)。工作狀態(tài)，為改進(jìn)設(shè)計和提高設(shè)備性能提供依據(jù)。一、力的測量方法一、力的測量方法 直接比較法和間接比較法直接比較法和間接比較法 1 1、直接比較法、直接比較法 根據(jù)力的平衡原理，與基準(zhǔn)量直接比較。根據(jù)力的平衡原理，與基準(zhǔn)量直接比較。l 例如：例如：天平秤重天平秤重基于靜態(tài)重力或力矩平衡；基于靜態(tài)重力或力矩平衡；l 特點：特點：簡單易行，測量精度較高，簡單易行，測量精度較高，適用于靜態(tài)測量適用于靜態(tài)測量。l 缺點：缺點：力值大時不易加載。力值大時不易加載。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量2 2、間

25、接比較法、間接比較法將被測力通過轉(zhuǎn)換元件成比例地轉(zhuǎn)換為其他物理將被測力通過轉(zhuǎn)換元件成比例地轉(zhuǎn)換為其他物理量，間接地與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較。量，間接地與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較。l 間接法間接法適用于動態(tài)測量，適用于動態(tài)測量，測量精度取決于：包括傳測量精度取決于：包括傳感器在內(nèi)的測試系統(tǒng)精度和感器在內(nèi)的測試系統(tǒng)精度和標(biāo)定精度標(biāo)定精度。第二節(jié)第二節(jié) 力和轉(zhuǎn)矩測量力和轉(zhuǎn)矩測量l 間接測量轉(zhuǎn)間接測量轉(zhuǎn)換元件：彈性換元件：彈性式、液壓式、式、液壓式、電參量式（測電參量式（測力傳感器）力傳感器）。第二節(jié)第二節(jié) 力和轉(zhuǎn)矩測量力和轉(zhuǎn)矩測量l 被測力作用在彈性敏感元件上，被測力作用在彈性敏感元件上，元件在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生與作用力

26、成元件在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生與作用力成比例的變形，并推動指針或刻度盤比例的變形，并推動指針或刻度盤移動，顯示出被測力的大小。移動，顯示出被測力的大小。 彈性式彈性式液壓式液壓式彈簧彈簧扁環(huán)扁環(huán)圓環(huán)圓環(huán)二、測力傳感器二、測力傳感器 特點：特點：測力傳感器與純機(jī)械式測力裝置比較，具有彈測力傳感器與純機(jī)械式測力裝置比較，具有彈性小、響應(yīng)速度快、易于記錄和易于進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處性小、響應(yīng)速度快、易于記錄和易于進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理等優(yōu)點。適用于靜、動態(tài)及用于爆炸、斷裂等瞬態(tài)理等優(yōu)點。適用于靜、動態(tài)及用于爆炸、斷裂等瞬態(tài)力的測量。力的測量。l 按用途分按用途分：力、壓力、轉(zhuǎn)矩傳感器：力、壓力、轉(zhuǎn)矩傳感器l 按工作原理分

27、按工作原理分：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、壓磁式、壓阻式電式、壓磁式、壓阻式l 力傳感器用途：力傳感器用途：測力、稱重測力、稱重(荷重傳感器荷重傳感器)第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量特點：特點：l 測力范圍大測力范圍大(mN108N)；l 非線性誤差非線性誤差0.5%；l 測量精度可控制在測量精度可控制在0.1%以內(nèi)以內(nèi)(配套儀器具有相當(dāng)高的精度配套儀器具有相當(dāng)高的精度和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性)eRF1、電阻應(yīng)變式測力傳感器、電阻應(yīng)變式測力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量原理：原理：按彈性元件結(jié)構(gòu)形式分類：按彈性元件結(jié)構(gòu)形式分類： 彈性元件彈性元件柱式柱式彈性元件彈

28、性元件梁式梁式彈性元件彈性元件圓柱形、圓筒形圓柱形、圓筒形薄壁圓薄壁圓環(huán)形環(huán)形懸臂梁式懸臂梁式輪輻式輪輻式第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，強(qiáng)度和剛度較大，可測量較大結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，強(qiáng)度和剛度較大，可測量較大載荷載荷(107N)。l 用于拉力、壓力和稱重系統(tǒng)。用于拉力、壓力和稱重系統(tǒng)。l 缺點：缺點：當(dāng)作用力偏離軸線方向時，彈性元件受附加橫向力和當(dāng)作用力偏離軸線方向時，彈性元件受附加橫向力和彎矩，產(chǎn)生測量誤差彎矩，產(chǎn)生測量誤差貼片和組橋減小。貼片和組橋減小。l 載荷較小時，采用圓筒形。載荷較小時，采用圓筒形。 1）柱式力傳感器）柱式力傳

29、感器 (a)圓柱形圓柱形 (b)圓筒形圓筒形第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 縱向應(yīng)變片縱向應(yīng)變片R1和和R3，R2和和R4串串聯(lián)，且處于對臂聯(lián)，且處于對臂位置，以減小彎位置，以減小彎矩的影響。矩的影響。l 橫向粘貼的應(yīng)橫向粘貼的應(yīng)變片具有溫度補(bǔ)變片具有溫度補(bǔ)償作用。償作用。 柱面展開圖與組橋柱面展開圖與組橋 l輸出電壓輸出電壓 012suKFuAEl 電壓靈敏度為單位供橋電壓時，傳感器在額定載荷下的輸出電壓靈敏度為單位供橋電壓時，傳感器在額定載荷下的輸出電壓，單位電壓，單位mV/V，通常取，通常取0.52.5 mV/V。l 電壓靈敏度是傳感器設(shè)計的原始依據(jù)。電壓靈敏度是傳感器設(shè)計的原始依據(jù)。01

30、2sKFuuAE第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 電壓靈敏度電壓靈敏度l圓柱應(yīng)力圓柱應(yīng)力 l 彈性元件長度的確定應(yīng)考慮圓柱表彈性元件長度的確定應(yīng)考慮圓柱表面應(yīng)力的均勻性，圓柱的穩(wěn)定性及抗彎面應(yīng)力的均勻性，圓柱的穩(wěn)定性及抗彎能力和圓柱的自振頻率等因素。能力和圓柱的自振頻率等因素。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 圓柱長度圓柱長度24 FEd4 Fd l圓柱直徑圓柱直徑 取彈性元件屈服極限的 1 / 5 1 / 4。 /1.2 2.5l d 2. 環(huán)式力傳感器環(huán)式力傳感器 l 內(nèi)徑內(nèi)徑R1，外徑，外徑R2，平均半徑平均半徑 221RRR特點：特點：結(jié)構(gòu)較簡單，穩(wěn)定性好，自振頻率高，主要用結(jié)構(gòu)較簡單，穩(wěn)定性

31、好，自振頻率高，主要用于中小載荷測量。于中小載荷測量。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 圓環(huán)的厚度為圓環(huán)的厚度為h，根據(jù)圓環(huán)的平，根據(jù)圓環(huán)的平均半徑與厚度之間的不同均半徑與厚度之間的不同分類：分類：大曲率圓環(huán)大曲率圓環(huán)5hR小曲率圓環(huán)小曲率圓環(huán)5hR0.182BMFR 0.318AMFR第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量A處彎矩最大（正值）處彎矩最大（正值）B處彎矩最小（負(fù)值）處彎矩最?。ㄘ?fù)值）039.6截面處彎矩為零。 91. 16/318. 022bhFRbhFRWMAA09. 12bhFRWMBB第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量對于對于R/h5的小曲率圓環(huán)，可按直梁公式計算應(yīng)變：的小曲率圓環(huán)，可按直梁公式

32、計算應(yīng)變： 2)貼片與組橋貼片與組橋l 39.6截面處彎矩為零，應(yīng)變?yōu)榱?，故?yīng)截面處彎矩為零，應(yīng)變?yōu)榱悖蕬?yīng)避免在此處貼片。避免在此處貼片。l 應(yīng)變片可貼于應(yīng)變片可貼于 A 、B 處的內(nèi)外表面。處的內(nèi)外表面。l 由于加載需要，在圓環(huán)端部由于加載需要，在圓環(huán)端部A處做成剛性接頭處做成剛性接頭A處的應(yīng)變處的應(yīng)變片應(yīng)貼在剛性范圍之外或只在片應(yīng)貼在剛性范圍之外或只在B處粘貼應(yīng)變片。處粘貼應(yīng)變片。l 貼貼2或或4片組成半橋或全橋片組成半橋或全橋。B44231儀第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量第二節(jié)第二節(jié) 力和轉(zhuǎn)矩測量力和轉(zhuǎn)矩測量l 由圓環(huán)演變?yōu)榘私黔h(huán)，組成三向力傳感器。由圓環(huán)演變?yōu)榘私黔h(huán)，組成三向力傳感器。l

33、 應(yīng)用：應(yīng)用：機(jī)械加工過程中的切削力，動態(tài)三向力測量機(jī)械加工過程中的切削力，動態(tài)三向力測量(主切削力主切削力、進(jìn)刀力、吃刀力、進(jìn)刀力、吃刀力)3）八角環(huán)彈性元件）八角環(huán)彈性元件3. 梁式力傳感器梁式力傳感器 特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。類型：類型：l 等截面梁：等截面梁：適合于適合于5kN以下的載荷測量；以下的載荷測量；l 等強(qiáng)度梁：等強(qiáng)度梁：梁內(nèi)各截面的應(yīng)力相等，與長度方向的粘貼位梁內(nèi)各截面的應(yīng)力相等，與長度方向的粘貼位置無關(guān)。置無關(guān)。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 最大應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)生在最大應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)生在梁的根部梁的根部x=l處。處。l 根據(jù)梁的根部的應(yīng)力來計算梁的強(qiáng)

34、度、確定梁的幾根據(jù)梁的根部的應(yīng)力來計算梁的強(qiáng)度、確定梁的幾何尺寸。何尺寸。 在粘貼應(yīng)變片處在粘貼應(yīng)變片處 xMFx26xxMFxWbh26xxFxEEbh第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 特點：特點：高度低，精度高，抗偏心載荷能力強(qiáng)，加工困難。高度低，精度高，抗偏心載荷能力強(qiáng)，加工困難。l 原理：原理：當(dāng)外載荷當(dāng)外載荷作用在輪轂的上端作用在輪轂的上端面和輪圈的下端面面和輪圈的下端面時，輪輻上受到時，輪輻上受到純純剪應(yīng)力剪應(yīng)力；l 傳感器可簡化為傳感器可簡化為懸臂梁懸臂梁進(jìn)行計算，進(jìn)行計算，通過測量剪應(yīng)力來通過測量剪應(yīng)力來測量載荷測量載荷。l 組橋：組橋：一般貼一般貼8片應(yīng)變片，組成全橋，克服偏心載

35、荷的影響。片應(yīng)變片，組成全橋，克服偏心載荷的影響。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量4. 輪輻式力傳感器輪輻式力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量例題：例題：等強(qiáng)度梁上、下表面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)變等強(qiáng)度梁上、下表面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)變片，梁材料的泊松比為片，梁材料的泊松比為，在力，在力P的作用下，梁的軸向的作用下，梁的軸向應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變?yōu)?，用靜態(tài)應(yīng)變儀測量時，如何組橋方能實現(xiàn)下，用靜態(tài)應(yīng)變儀測量時，如何組橋方能實現(xiàn)下列讀數(shù)？列讀數(shù)？a) ；b) (1+)；c) 4；d) 2(1+)；e) 0；f) 2 第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量a) ；b) (1+)；c) 4；d) 2(1+)；e) 0；f) 2 解：

36、解：有多種組橋方式，如：有多種組橋方式，如： 1. 壓電式測力傳感器壓電式測力傳感器三、其他類型測力傳感器三、其他類型測力傳感器l 工作原理：工作原理：類同壓電式加速度傳感器。類同壓電式加速度傳感器。l 特點：特點： 靜態(tài)特性好靜態(tài)特性好，即靈敏度高，線性度好，滯后??；當(dāng)，即靈敏度高，線性度好，滯后?。划?dāng)采用大時間常數(shù)的電荷放大器時，可以測量靜態(tài)力，采用大時間常數(shù)的電荷放大器時，可以測量靜態(tài)力，但長時間的連續(xù)測量靜態(tài)力將產(chǎn)生較大的誤差。但長時間的連續(xù)測量靜態(tài)力將產(chǎn)生較大的誤差。 動態(tài)特性好動態(tài)特性好，即固有頻率高，工作頻帶寬，幅值相，即固有頻率高，工作頻帶寬，幅值相對誤差和相位誤差小，瞬態(tài)響應(yīng)

37、上升時間快，因此對誤差和相位誤差小，瞬態(tài)響應(yīng)上升時間快，因此特特別適于測量動態(tài)力和瞬態(tài)沖擊力。別適于測量動態(tài)力和瞬態(tài)沖擊力。 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。，抗干擾能力強(qiáng)。 第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量(1) 拉（壓）型單向測力傳感器拉（壓）型單向測力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 兩片壓電晶片反向疊在一起兩片壓電晶片反向疊在一起相同力作用下，產(chǎn)生電荷量增相同力作用下，產(chǎn)生電荷量增大一倍大一倍靈敏度提高一倍。靈敏度提高一倍。 (2) 三向測力傳感器三向測力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 原理：原理：傳感元件由三對不同切型的壓電晶片組成：傳感元件由三對不同切型的壓電晶片組成：l 一對一對

38、X0型切片型切片具有縱向壓電效應(yīng)，用于測量具有縱向壓電效應(yīng)，用于測量z向力向力Fz ；l 兩對兩對Y0型切片型切片具有橫向壓電效應(yīng)，互成具有橫向壓電效應(yīng)，互成90安裝，分別用于測安裝，分別用于測量量y向力向力Fy和和x向力向力Fx。l優(yōu)點：優(yōu)點：多向測力傳感器可多向測力傳感器可以同時測量空間任意方向的以同時測量空間任意方向的作用力在作用力在 x、y 、z 三個方向三個方向上的分力，既簡化了測力儀上的分力，既簡化了測力儀的結(jié)構(gòu)，又提高了測力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，又提高了測力系統(tǒng)的剛度。的剛度。2. 壓磁式測力傳感器壓磁式測力傳感器基于基于壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)，將被測力的變化，將被測力的變化轉(zhuǎn)換成傳感器導(dǎo)磁體的

39、磁導(dǎo)率變化并輸出電信號。轉(zhuǎn)換成傳感器導(dǎo)磁體的磁導(dǎo)率變化并輸出電信號。第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l 彈性梁彈性梁：對壓磁元件施：對壓磁元件施加預(yù)壓力和減小橫向力和加預(yù)壓力和減小橫向力和彎矩的干擾；彎矩的干擾；l 鋼球：鋼球：保證力保證力F沿垂直沿垂直方向作用；方向作用；l 壓磁元件壓磁元件和和基座基座的聯(lián)接的聯(lián)接表面應(yīng)十分平整密合。表面應(yīng)十分平整密合。 l 優(yōu)點：優(yōu)點：輸出功率大、抗干輸出功率大、抗干擾能力強(qiáng)、精度較高、線性擾能力強(qiáng)、精度較高、線性好、壽命長、維護(hù)方便，能好、壽命長、維護(hù)方便，能在有灰塵、水和腐蝕性氣體在有灰塵、水和腐蝕性氣體的環(huán)境中長期運(yùn)行。的環(huán)境中長期運(yùn)行。3. 差動變壓器式

40、測力傳感器差動變壓器式測力傳感器大多數(shù)位移傳感器只要大多數(shù)位移傳感器只要在結(jié)構(gòu)上作某些變動，便可改為測力傳感器，如差動變壓器式、在結(jié)構(gòu)上作某些變動，便可改為測力傳感器，如差動變壓器式、電容式、電感式電容式、電感式 第二節(jié)第二節(jié) 力測量力測量l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：薄壁圓筒薄壁圓筒作彈性元作彈性元件件1，在其上部固定，在其上部固定鐵芯鐵芯2，下部固定下部固定線圈座線圈座5和和線圈線圈4。l原理：原理：彈性圓筒受力發(fā)生彈性圓筒受力發(fā)生變形，帶動鐵芯在線圈中移變形，帶動鐵芯在線圈中移動，兩者的相對位移量即反動，兩者的相對位移量即反映了被測力的大小映了被測力的大小通過彈通過彈性元件來實現(xiàn)力和位移間的性元件來實現(xiàn)

41、力和位移間的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。l 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩作用力通過力臂對旋轉(zhuǎn)軸心所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動作用力通過力臂對旋轉(zhuǎn)軸心所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效應(yīng)效應(yīng).l 在機(jī)械傳動中，在機(jī)械傳動中，轉(zhuǎn)動軸的主要工作載荷是轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動軸的主要工作載荷是轉(zhuǎn)矩。 l 測量方法：測量方法：直接比較法、直接比較法、間接比較法間接比較法。第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量1. 測量原理測量原理 通過測量與轉(zhuǎn)矩有對應(yīng)關(guān)系的其他物理量通過測量與轉(zhuǎn)矩有對應(yīng)關(guān)系的其他物理量來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩測量。來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩測量。l 圓軸承受轉(zhuǎn)矩圓軸承受轉(zhuǎn)矩M ，表面，表面剪應(yīng)力剪應(yīng)力nWM /l 在彈性范圍內(nèi)，在彈性范圍內(nèi)，剪應(yīng)變剪應(yīng)變 nGWMGl 相距相距l(xiāng)的兩截面間產(chǎn)生的兩截面間產(chǎn)生

42、相對轉(zhuǎn)角相對轉(zhuǎn)角 pGJMl第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量13l 應(yīng)變片貼在軸體表面上與軸線成應(yīng)變片貼在軸體表面上與軸線成450及及1350方向上。方向上。 轉(zhuǎn)矩傳感器類型很多，電阻應(yīng)變式、相位差式、振弦式、壓轉(zhuǎn)矩傳感器類型很多，電阻應(yīng)變式、相位差式、振弦式、壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用普遍。磁式轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用普遍。 第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量2. 常用轉(zhuǎn)矩傳感器常用轉(zhuǎn)矩傳感器 1)電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 l 在轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)矩M作用下，軸體表面與軸線成作用下，軸體表面與軸線成450及及1350方方向上產(chǎn)生正應(yīng)力，在數(shù)值上等于扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力向上產(chǎn)生正應(yīng)力，在數(shù)值上等于扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測

43、量轉(zhuǎn)矩測量1211nMEEWl 在在450及及1350方向正應(yīng)變方向正應(yīng)變 l當(dāng)兩個應(yīng)變片分別接在電橋的相鄰兩個橋臂中，由電當(dāng)兩個應(yīng)變片分別接在電橋的相鄰兩個橋臂中，由電橋和差特性知，應(yīng)變儀讀數(shù)就是剪應(yīng)變值。橋和差特性知，應(yīng)變儀讀數(shù)就是剪應(yīng)變值。剪應(yīng)變剪應(yīng)變 12l 特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，精度較高結(jié)構(gòu)簡單，精度較高第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量l 信號傳輸：信號傳輸：有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸和無線傳輸。1)1)有線傳輸有線傳輸要用到集流裝置要用到集流裝置：接觸式和非接觸式。接觸式和非接觸式。接觸式：接觸式：電刷電刷滑環(huán)、水銀滑環(huán)、水銀滑環(huán)集流裝置；滑環(huán)集流裝置；(缺點：缺點：觸點接觸力小時

44、工作不可靠，增大接觸力時則觸點接觸力小時工作不可靠，增大接觸力時則觸點磨損嚴(yán)重，而且也增加了被測軸的摩擦力矩。觸點磨損嚴(yán)重，而且也增加了被測軸的摩擦力矩。) 非接觸式：非接觸式：感應(yīng)式集流裝置感應(yīng)式集流裝置.2)2)無線傳輸無線傳輸：發(fā)射、接收裝置，遙測儀：發(fā)射、接收裝置，遙測儀 2)相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器 l 組成：組成： 傳動軸、齒形圓盤傳動軸、齒形圓盤(磁性材料磁性材料)，信號拾取器，信號拾取器(傳感器傳感器) 第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量l 工作原理：工作原理：齒頂對準(zhǔn)磁極時磁通密度大；齒隙對準(zhǔn)磁極時磁齒頂對準(zhǔn)磁極時磁通密度大；齒隙對準(zhǔn)磁極時磁通密度減小，變化的磁通在線

45、圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。通密度減小，變化的磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。l 傳動軸傳動軸空載旋轉(zhuǎn)空載旋轉(zhuǎn)，兩圓盤無相對位移，兩傳感器輸出感應(yīng)電，兩圓盤無相對位移，兩傳感器輸出感應(yīng)電動勢的動勢的初始相位差為初始相位差為 0 0 。l 傳動軸產(chǎn)生傳動軸產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角相對轉(zhuǎn)角，兩傳感器輸出感應(yīng)電動勢在相位上相，兩傳感器輸出感應(yīng)電動勢在相位上相應(yīng)改變應(yīng)改變相位差相位差 ， 與傳動軸轉(zhuǎn)角與傳動軸轉(zhuǎn)角成比例成比例。 第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)矩測量轉(zhuǎn)矩測量l 相位差相位差 與傳動軸轉(zhuǎn)角與傳動軸轉(zhuǎn)角成比例成比例 Z Z Z圓盤轉(zhuǎn)一圈傳感器中產(chǎn)生的信號個數(shù)，即圓盤齒數(shù)。圓盤轉(zhuǎn)一圈傳感器中產(chǎn)生的信號個數(shù)，即圓盤齒數(shù)。 l 最大不能超過最大不能超過2 ，考慮到正、反向轉(zhuǎn)矩及超載等因素，考慮到正、反向轉(zhuǎn)矩及超載等因素， 取值取值通常在通常在 2l 相應(yīng)的相應(yīng)的Z值為值為10100，高速