測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用

測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用第一頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量的組橋原則

常用的力測(cè)量方法是用應(yīng)變片和應(yīng)變儀測(cè)量構(gòu)件的表面應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變和應(yīng)力、力之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的受力狀態(tài)。應(yīng)變片的布置和電橋組接（簡(jiǎn)稱布片組橋）應(yīng)根據(jù)被測(cè)量和被測(cè)對(duì)象受力分布來(lái)確定。還應(yīng)利用適當(dāng)?shù)牟计M橋方式來(lái)消除溫度變化、復(fù)合載荷作用的影響和達(dá)到提高測(cè)量靈敏度的目的。應(yīng)變電橋組橋是在應(yīng)變儀上實(shí)現(xiàn)。

1．應(yīng)變儀

電阻應(yīng)變片的電阻變化很小，測(cè)量電橋的輸出信號(hào)也很小，不足以推動(dòng)顯示和記錄裝置，因此需將電橋的輸出信號(hào)用一個(gè)高增益的放大器進(jìn)行放大，以實(shí)現(xiàn)將應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)變成有一定驅(qū)動(dòng)能力的電壓或電流信號(hào)輸出，以便連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和便于連接各種記錄儀器，完成這一任務(wù)的儀器稱應(yīng)變儀。第一節(jié)應(yīng)變、力與力矩的測(cè)量第二頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）靜態(tài)電阻應(yīng)變儀主要測(cè)量靜載荷作用下物理量的變化，其應(yīng)變信號(hào)變化十分緩慢或變化一次后能相對(duì)穩(wěn)定。靜態(tài)應(yīng)變儀一般是載波放大式的，使用零位法進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)需選配一個(gè)預(yù)調(diào)平衡箱。各傳感器和箱內(nèi)電阻一起組橋，并進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。預(yù)調(diào)或?qū)崪y(cè)時(shí)需另配一手動(dòng)或自動(dòng)的多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，依次接通測(cè)量。如YJ-5型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。（2）靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變?yōu)橹?，也可測(cè)量頻率較低的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。YJD-1和YJD-7型靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率分別為0～10Hz和0～100Hz。（3）動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與各種記錄儀配合用以測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)變。測(cè)量的工作頻率可達(dá)0～2000Hz。個(gè)別可達(dá)10kHz。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀具有電橋、放大器、相敏檢波器和濾波器等。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀用“偏位法”進(jìn)行測(cè)量，可測(cè)量周期或非周期性的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。如YD-15型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。（4）超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率高于10kHz的應(yīng)變儀稱超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，用于測(cè)量沖擊等變化非常劇烈的瞬間過(guò)程。超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率比較高，要求載波頻率就更高，因此，多采用直流放大器。

第三頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．直流電橋的輸出加減特性直流電橋的輸出電壓為：第四頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日若在力作用下所產(chǎn)生的電阻變化分別為ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始狀態(tài)電橋的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考慮到ΔR<<R，忽略ΔR的高次項(xiàng)，則上式可寫(xiě)成：當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K相同時(shí)，上式可改寫(xiě)為：

第五頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3．單向應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變測(cè)量中組橋及溫度補(bǔ)償

在軸向力P作用下。試件為單向應(yīng)力狀態(tài)。沿構(gòu)件表面的軸線方向貼工作片R1,在溫度補(bǔ)償板上貼補(bǔ)償片Rt，將二者組成半橋即可測(cè)得軸向應(yīng)變。電橋的輸出為：新產(chǎn)品第六頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償必須滿足以下條件：補(bǔ)償板和試件的材料相同；工作片、補(bǔ)償片完全相同；放在完全相同溫度場(chǎng)中；接在相鄰橋臂。4．拉（壓）應(yīng)變測(cè)量中彎矩影響的消除工作片在上、下表面對(duì)稱粘貼，由加減特性可知，這樣可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。其中全橋接法的輸出是半橋接法的二倍。第七頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日5．用全橋提高應(yīng)變測(cè)量的靈敏度這樣布片實(shí)現(xiàn)了溫度自補(bǔ)償，又得到了最大輸出應(yīng)變值，還消除了因加載偏心而造成的附加彎矩。此時(shí)：

6．平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)采集⑴已知主應(yīng)力方向例如承受內(nèi)壓的薄壁圓筒形容器的筒體，其主應(yīng)力方向是已知的。這時(shí)只需要沿兩個(gè)互相垂直的主應(yīng)力方向各貼一片應(yīng)變片，另外再采取溫度補(bǔ)償措施，就可以直接測(cè)出主應(yīng)變。其貼片和接橋方法如下圖所示。先測(cè)出應(yīng)變值，再由虎克定律計(jì)算出主應(yīng)力，即

第八頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

⑵主應(yīng)力方向未知平面應(yīng)力狀態(tài)

當(dāng)平面應(yīng)力的主應(yīng)力1和σ2的大小及方向都未知時(shí)，需對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)貼三個(gè)不同方向的應(yīng)變片，測(cè)出三個(gè)方向的應(yīng)變，才能確定主應(yīng)力1和2及主方向角三個(gè)未知量。下圖表示邊長(zhǎng)為x和y、對(duì)角線長(zhǎng)為l的矩形單元體。設(shè)在平面應(yīng)力狀態(tài)下，與主應(yīng)力方向成角的任一方向的應(yīng)變?yōu)?，即圖中對(duì)角線長(zhǎng)度l的相對(duì)變化量。第九頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日由于主應(yīng)力x、y的作用，該單元體在X、Y方向的伸長(zhǎng)量為Δx、Δy，如圖6-6(a)、(b)所示，該方向的應(yīng)變?yōu)閤=Δx/x、y=Δy/y；在切應(yīng)力τxy作用下，使原直角∠XOY減小xy，如圖6-6(c)所示，即切應(yīng)變xy=Δx/y。這三個(gè)變形引起單元體對(duì)角線長(zhǎng)度l的變化分別為Δxcos、Δysin、yxycos，其應(yīng)變分別為xcos2、ysin2、xysincos。當(dāng)x、y、xy同時(shí)發(fā)生時(shí)，則對(duì)角線的總應(yīng)變?yōu)樯鲜鋈咧?，可表示為第十?yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、力參數(shù)測(cè)量的應(yīng)用1．軋制力測(cè)量廣泛采用兩種測(cè)量軋制力的方法：一、通過(guò)測(cè)量基架立柱的拉伸應(yīng)變測(cè)量軋制力，又稱應(yīng)力測(cè)量法；二、用專門(mén)設(shè)計(jì)的測(cè)力傳感器直接測(cè)量軋制壓力，至于所用的變換原理及傳感器形式，則有電阻應(yīng)變式、壓磁式、電容式及電感式等。閉口牌坊，軋制時(shí)軋機(jī)牌坊力柱同時(shí)受拉應(yīng)力σp和彎曲應(yīng)力σN，其應(yīng)力分布圖如下圖：第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．切削力測(cè)量切削力的測(cè)量是一種比較典型的多向動(dòng)態(tài)力測(cè)量。切削力信號(hào)是復(fù)雜的信號(hào)，一般情況下是隨機(jī)信號(hào)。第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、扭矩的測(cè)量

1．扭矩測(cè)量中應(yīng)變計(jì)的布置和組橋方法；2．扭矩信號(hào)的傳輸；第二節(jié)溫度的測(cè)量1．溫度的測(cè)量方法；2．熱電偶和熱電阻；3）常用熱電偶的基本要求物理化學(xué)性能穩(wěn)定；測(cè)量溫度范圍寬；熱電性能好；電阻溫度系數(shù)??；有良好的機(jī)械加工性能；價(jià)格便宜，并盡量少用稀有及貴重金屬。

第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日4）熱電偶的溫度補(bǔ)償法使用補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）可以改善熱電回路的機(jī)械和物理特性，如使用軟的或硬而細(xì)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可以增加一部分回路的柔軟可撓性；（2）補(bǔ)償導(dǎo)線同樣還可以用來(lái)調(diào)整回路的電阻值和屏蔽外界干擾；（3）補(bǔ)償導(dǎo)線還可以把溫度測(cè)量的信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)傳送到集中控制室或溫度恒定的場(chǎng)所。2．熱電阻熱電阻感溫元件的電阻與溫度關(guān)系特性可以用列表法來(lái)表示，簡(jiǎn)稱為“分度表”。分度表是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，測(cè)試并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理以后獲得。

第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3非接觸式溫度計(jì)

1．全輻射溫度計(jì)

2．光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)3．比色高溫計(jì)第三節(jié)流體參數(shù)的測(cè)量

1．流量計(jì)流體的流量分為體積流量和質(zhì)量流量，分別表示某瞬時(shí)單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面處流體的體積或質(zhì)量。2．流量計(jì)的分類1）差壓式流量計(jì)

2）流體阻力式流量計(jì)

3）測(cè)速式流量計(jì)

（4）熱量流量計(jì)（5）標(biāo)志法測(cè)速流量計(jì)

第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）流速方程式如上圖所示，超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速所減慢，為：第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2)多普勒（效應(yīng)）法多普勒（效應(yīng)）法USF是利用在靜止（固定）點(diǎn)檢測(cè)從移動(dòng)源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。

第十七頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.多普勒法優(yōu)缺點(diǎn)和局限性1）優(yōu)點(diǎn)USF可作非接觸測(cè)量多普勒USF可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體。2)缺點(diǎn)和局限性傳播時(shí)間法USF只能用于清潔液體