1、2,1.應(yīng)變測(cè)量原理,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,一、應(yīng)變的測(cè)量,應(yīng)變電測(cè)法的測(cè)量系統(tǒng)主要由電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路、顯示與記錄儀器或計(jì)算機(jī)等設(shè)備等組成，如圖9-1所示。,圖9-1,3,2.應(yīng)變測(cè)量裝置,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,一、應(yīng)變的測(cè)量,應(yīng)變測(cè)量裝置也稱(chēng)電阻應(yīng)變儀。其組成如下所示。,4,3.應(yīng)變儀的電橋特性,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,一、應(yīng)變的測(cè)量,應(yīng)變儀中多采用交流電橋，電源以載波頻率供電。四個(gè)橋臂均為電阻組成，由可調(diào)電容來(lái)平衡分布電容。,5,4.應(yīng)變片的布置與接橋方法,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,一、應(yīng)變的測(cè)量,由于應(yīng)變片粘貼于試件后，所感受的是試件表面的拉應(yīng)變或壓應(yīng)變。應(yīng)變片的布置和電橋

2、的連接方式應(yīng)根據(jù)測(cè)量的目的、對(duì)載荷的估計(jì)而定。,6,5.應(yīng)變片的選擇及應(yīng)用,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,一、應(yīng)變的測(cè)量,（1） 試件的測(cè)試要求：應(yīng)變片的選擇應(yīng)從滿(mǎn)足測(cè)試精度、所測(cè)應(yīng)變的性質(zhì)等方面考慮。 （2） 試驗(yàn)環(huán)境與試件狀況：實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)應(yīng)變測(cè)試的影響主要是通過(guò)溫度、濕度等因素起作用。（3） 應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼是應(yīng)變式傳感器和直接用應(yīng)變片作為傳感器的成敗關(guān)鍵。,7,1.應(yīng)力測(cè)量原理,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,二、應(yīng)力的測(cè)量,應(yīng)力測(cè)量原理實(shí)際上就是：先測(cè)量受力物體的變形量，然后根據(jù)胡克定律換算出待測(cè)力的大小。,8,2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,二、應(yīng)力的測(cè)量,（1） 單

3、向應(yīng)力狀態(tài)該應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系甚為簡(jiǎn)單，由胡克定律確定為=E,（2） 平面應(yīng)力狀態(tài),1） 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，它處于平面應(yīng)力狀態(tài)下，其主應(yīng)力方向是已知的。,9,2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,二、應(yīng)力的測(cè)量,用半橋單點(diǎn)測(cè)量薄壁壓力容器的主應(yīng)變，如上所示。,10,2.應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力計(jì)算,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,二、應(yīng)力的測(cè)量,（2） 平面應(yīng)力狀態(tài),2） 主應(yīng)力方向未知一般采用貼應(yīng)變花的辦法進(jìn)行測(cè)試。,應(yīng)變花是由三個(gè)或多個(gè)按一定角度關(guān)系排列的應(yīng)變片組成，如上所示。,11,1.溫度的影響及溫度補(bǔ)償,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,三、影響測(cè)量的因素及

4、其消除方法,溫度對(duì)測(cè)量的影響很大。消除由溫度引起的影響，其主要方法是采用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。,2.減少貼片誤差,測(cè)量單項(xiàng)應(yīng)變時(shí)：應(yīng)變片的軸線(xiàn)與主應(yīng)變方向有偏差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，一因此在粘貼應(yīng)變片時(shí)對(duì)此應(yīng)給與充分的注意。,12,3.力求應(yīng)變片實(shí)際工作條件和額定條件的一致,第一節(jié) 應(yīng)變與應(yīng)力的測(cè)量,三、影響測(cè)量的因素及其消除方法,應(yīng)根據(jù)以最少的測(cè)點(diǎn)達(dá)到足夠真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的原則來(lái)選擇測(cè)點(diǎn)。,4.排除測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾,5.測(cè)點(diǎn)的選擇,13,1.彈性變形式的力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,（1） 圓柱式電阻應(yīng)變式力傳感器,14,1.彈性變形式的力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)

5、量,一、幾種常用力傳感器的介紹,（2） 梁式拉壓力傳感器,為了獲得較大的靈敏度，可采用梁式結(jié)構(gòu)。,如圖9-5 用來(lái)測(cè)量拉/壓力傳感器的典型彈性元件,15,2.差動(dòng)變壓器式力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,圖9-6 一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。,16,2.差動(dòng)變壓器式力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,如圖9-6所示是一種差動(dòng)變壓器式力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。,該類(lèi)力傳感器是通過(guò)彈性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)力和位移間的轉(zhuǎn)換。,17,3.壓磁式力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,磁壓式力傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)。,圖9-7 壓磁

6、元件及其工作原理,18,3.壓磁式力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,圖9-8 一種典型的壓磁式力傳感器結(jié)構(gòu),19,4.壓電式力傳感器,第二節(jié) 力的測(cè)量,一、幾種常用力傳感器的介紹,壓電式傳感器應(yīng)用壓電效應(yīng)，將力轉(zhuǎn)換成電量。,圖9-9 兩種壓電式力傳感器的構(gòu)造圖。,20,第二節(jié) 力的測(cè)量,二、空間力系測(cè)量裝置,在空間力系測(cè)量工作中：巧妙地設(shè)計(jì)受力的彈性元件和布置應(yīng)變片或選擇壓電晶體片的敏感方向是成功的關(guān)鍵。,9-10 壓電式三向測(cè)力傳感器元件組合方式的示意圖。,21,第二節(jié) 力的測(cè)量,三、動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的使用特點(diǎn),1.動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)誤差,大多數(shù)測(cè)力裝置可以近似抽象如圖7-

7、1所示的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。,圖7-1,22,第二節(jié) 力的測(cè)量,三、動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的使用特點(diǎn),1.動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)誤差,在一般情況下，測(cè)力彈性元件的彈性力和被測(cè)力總有幅值和相位的差異。因此在實(shí)際使用條件下，在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行全面的標(biāo)定和校準(zhǔn)是一件必不可少的工作。,實(shí)際作用力和測(cè)量測(cè)力裝置 的慣性力、阻尼力以及彈性力的 關(guān)系如圖9-11所示。,圖9-11,23,第二節(jié) 力的測(cè)量,三、動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的使用特點(diǎn),2.注意減小交叉干擾,為了減小交叉干擾，必須采用相應(yīng)的措施。例如精心設(shè)計(jì)彈性元件，使其受力變形合理；正確選擇應(yīng)變片的粘貼部位并準(zhǔn)確地粘貼之； 最后，還往往利用測(cè)力裝置標(biāo)定結(jié)果來(lái)修正交叉干擾

8、的影響。,24,第二節(jié) 力的測(cè)量,三、動(dòng)態(tài)測(cè)力裝置的使用特點(diǎn),3.測(cè)力裝置頻率特性的測(cè)定,確定整個(gè)測(cè)力裝置頻率特性的具體辦法：它與確定某一系統(tǒng)，特別是機(jī)械系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性的方法沒(méi)有原則差別。,25,第二節(jié) 力的測(cè)量,四、測(cè)力傳感器的標(biāo)定,1.靜態(tài)標(biāo)定,靜態(tài)標(biāo)定最主要的目的是確定標(biāo)定曲線(xiàn)、靈敏度和各向交叉干擾。,2.動(dòng)態(tài)標(biāo)定,動(dòng)態(tài)標(biāo)定使用于瞬變力和交叉力等動(dòng)態(tài)測(cè)試的傳感器。沖擊法也是獲取測(cè)力系統(tǒng)特性的方法之一。,26,第二節(jié) 力的測(cè)量,四、測(cè)力傳感器的標(biāo)定,沖擊標(biāo)定系統(tǒng)及沖擊力波形如上圖所示。,27,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,一、應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理,應(yīng)變式扭矩傳感器所測(cè)得的是在扭矩作用下轉(zhuǎn)軸

9、表面的主應(yīng)變。從材料力學(xué)得知，該主應(yīng)變和所受到的扭矩成正比關(guān)系。,圖9-13 一種用于扭矩傳感器的扭矩彈性元件,28,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,二、應(yīng)變式扭矩傳感器,當(dāng)作為扭矩傳感器上的彈性軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)：在相對(duì)軸中心線(xiàn)45方向上會(huì)產(chǎn)生壓縮或拉伸力。從而將力加在旋轉(zhuǎn)軸上。,29,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,二、應(yīng)變式扭矩傳感器,例如，當(dāng)測(cè)量彈性軸的扭矩時(shí)，將應(yīng)變片R1、R2按照?qǐng)D9-14a所示的方向貼在彈性軸上。如果在彈性軸上粘貼四片應(yīng)變片并將它們接成半橋或全橋，就能消除附加橫向剪力的影響，如圖9-14b所示。,圖9-14,30,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,二、應(yīng)變式扭矩傳感器,彈性軸截面最常用的是圓柱形，如圖9-15所示。,圖9-15,31,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,二、應(yīng)變式扭矩傳感器,圖9-16 傳感器的工作原理圖。,32,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,三、集流環(huán)裝置,集流環(huán)部件由兩部分組成：一部分與應(yīng)變片的出線(xiàn)連接并固定在轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)子；另一部分與應(yīng)變儀導(dǎo)線(xiàn)連接，靜止不動(dòng)，稱(chēng)為定子。,圖9-17 測(cè)量電路的接法,33,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,四、其他類(lèi)型的扭矩傳感器,光電式扭矩傳感器是在轉(zhuǎn)軸上固定兩圓盤(pán)光柵。如右圖所示。,34,第三節(jié) 扭矩的測(cè)量,四、其他類(lèi)型的扭矩傳感器,壓磁式扭矩式傳感器是