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1、应变力与扭矩测量现在学习的是第1页，共35页 根据被测应变的性质和工作频率根据被测应变的性质和工作频率的不同，可采用不同的应变仪。静态的不同，可采用不同的应变仪。静态载荷作用下的应变，以及变化十分缓载荷作用下的应变，以及变化十分缓慢或变化后能很快稳定下来的应变，慢或变化后能很快稳定下来的应变，可采用静态电阻应变仪。以静态应变可采用静态电阻应变仪。以静态应变测量为主，兼作测量为主，兼作200Hz以下的低频动以下的低频动态测量可采用静动态电阻应变仪。态测量可采用静动态电阻应变仪。现在学习的是第2页，共35页 测量测量0-2000Hz范围的动态应变，范围的动态应变，采用动态电阻应变仪；采用动态电阻应
2、变仪；这类应变仪通常具有这类应变仪通常具有4-8个通道。个通道。测量测量0-20000Hz的动态过程和爆炸、冲的动态过程和爆炸、冲击等瞬态变化过程，则采用超动态电击等瞬态变化过程，则采用超动态电阻应变仪。阻应变仪。现在学习的是第3页，共35页一、应变仪的电桥特性一、应变仪的电桥特性 应变仪中多采用交流电桥，电源应变仪中多采用交流电桥，电源以载波频率供电，四个桥臂均为电阻，以载波频率供电，四个桥臂均为电阻，由可调电容来平衡分布电容，但基本由可调电容来平衡分布电容，但基本公式与直流电桥具有相似的形式。公式与直流电桥具有相似的形式。现在学习的是第4页，共35页若电阻变化为若电阻变化为R1、R2、R3
3、、R4、各臂阻值相等为、各臂阻值相等为R则则设各应变片灵敏度设各应变片灵敏度Sg相同，则相同，则现在学习的是第5页，共35页应变仪电桥工作方式和输出电压应变仪电桥工作方式和输出电压现在学习的是第6页，共35页 应变片的布置和电桥连接应根应变片的布置和电桥连接应根据测量的目的、对载荷分布的估计据测量的目的、对载荷分布的估计而定。在测量复合载荷作用下的应而定。在测量复合载荷作用下的应变时变时 ,还应利用应变片的布置和还应利用应变片的布置和接桥方法来消除相互影响的因素。接桥方法来消除相互影响的因素。二、应变片的布置和接桥方法二、应变片的布置和接桥方法现在学习的是第7页，共35页1.1.拉（压）力的测
4、量（拉（压）力的测量（试件受力试件受力P P 作用，方向已知作用，方向已知）沿力作用方向贴一工作电阻应变片沿力作用方向贴一工作电阻应变片R R1 1，而在另一块与试件处于，而在另一块与试件处于同一温度环境且不受力的相同材料的金属块上贴一温度补同一温度环境且不受力的相同材料的金属块上贴一温度补偿片偿片R R2 2。R R1 1和和R R2 2接入电桥中，构成了测量接入电桥中，构成了测量P P的桥路。该电桥可获的桥路。该电桥可获得相互补偿，输出电压为得相互补偿，输出电压为也可将温度补偿片也可将温度补偿片R R2 2也贴在同一试件上也贴在同一试件上,组成半桥，其输出电组成半桥，其输出电压增加了压增加
5、了1+1+（为箔松比）倍，即为箔松比）倍，即上述布片、接桥方式，不能排除弯曲的影响。拉力上述布片、接桥方式，不能排除弯曲的影响。拉力P P的大小可的大小可按此式计算按此式计算现在学习的是第8页，共35页PPR1R2(a)PP(b)R2R1321R1R2(c)拉（压）载荷的测量 现在学习的是第9页，共35页2.2.弯曲载荷的测量弯曲载荷的测量试件受一弯矩试件受一弯矩MM，在试件上贴一工作电阻应变片，在试件上贴一工作电阻应变片R R1 1，温度，温度补偿片补偿片R R2 2是贴在一块与试件环境温度、同材质且不受力的材是贴在一块与试件环境温度、同材质且不受力的材料上，将料上，将R R1 1和和R R
6、2 2如图如图8-278-27（c c）接入半桥，即为弯矩）接入半桥，即为弯矩MM的测量的测量电桥，其输出电压为电桥，其输出电压为在试件上贴在试件上贴R R1 1和和R R2 2两片工作片，亦互为温度补偿。两片工作片，亦互为温度补偿。R R1 1贴在压贴在压缩区，缩区，R R2 2贴在拉伸区，两者电阻变化大小相等，符号相反，组成贴在拉伸区，两者电阻变化大小相等，符号相反，组成半桥。此时输出为前者二倍，即弯矩半桥。此时输出为前者二倍，即弯矩M(WM(W为试件的抗弯截面系为试件的抗弯截面系数数 )现在学习的是第10页，共35页321(c)R1R2MMR1R2(b)MMR2R1(a)弯矩的测量现在学
7、习的是第11页，共35页3.3.拉压及弯曲联合作用时的测量拉压及弯曲联合作用时的测量如只测量弯矩值，这时拉或压产生的变形使如只测量弯矩值，这时拉或压产生的变形使 R R1 1和和 R R2 2大小相等符号相大小相等符号相同，在电桥臂上相互抵消，不会对电桥的输出产生影响，因此该测量电同，在电桥臂上相互抵消，不会对电桥的输出产生影响，因此该测量电桥的输出桥的输出自动消除了拉（压）自动消除了拉（压）的影响，正好反映出弯矩的影响，正好反映出弯矩MM的大小，的大小，其输出电压为。其输出电压为。如只测拉（压）而不考虑弯曲的作用，如只测拉（压）而不考虑弯曲的作用，R R1 1和和R R2 2串联组成臂桥，另
8、一串联组成臂桥，另一臂用二片温度补偿片臂用二片温度补偿片R RK K串联组成。串联组成。R RK K贴在与试件相同环境、同材质贴在与试件相同环境、同材质且不受力的零件上，此时电桥的输出只能反映拉伸（或压缩）载荷且不受力的零件上，此时电桥的输出只能反映拉伸（或压缩）载荷的大小。的大小。弯矩弯矩MM引起的引起的R R1 1和和R R2 2的电阻变化绝对值相等，符号相反而在的电阻变化绝对值相等，符号相反而在一个电桥臂上一个电桥臂上互相抵消互相抵消，所以电桥的输出只表示拉（压）载荷，所以电桥的输出只表示拉（压）载荷，其输出电压为。其输出电压为。现在学习的是第12页，共35页321R1R2(b)321R
9、1R2RKRK(c)拉（压）、弯曲载荷的测量MMR1R2ppRKRK(a)现在学习的是第13页，共35页4.4.剪力的测量剪力的测量因为剪应力不能使电阻应变片变形而产生电阻的变化。所以只能因为剪应力不能使电阻应变片变形而产生电阻的变化。所以只能利用由剪应力引起的正应力来测量剪力。利用由剪应力引起的正应力来测量剪力。Q Q为测量剪力，为测量剪力，在在a a1 1和和a a2 2处贴电阻应变片处贴电阻应变片R R1 1和和R R2 2，a a为两应变片为两应变片R R1 1和和R R2 2之间的距离。可得出之间的距离。可得出将将R R1 1和和R R2 2组成半桥，则此时测量电桥的输出只和组成半桥
10、，则此时测量电桥的输出只和 成正成正比，而和剪力比，而和剪力Q Q的作用点的变化无关。的作用点的变化无关。a a、E E、WW均为常数，均为常数，则可算出剪力则可算出剪力Q Q。现在学习的是第14页，共35页 横剪力的测量123R1R2a1 M1R1 R2M2 a2 Q a(a)(b)现在学习的是第15页，共35页5.5.轴扭转时横断面上剪应力和扭矩的测量轴扭转时横断面上剪应力和扭矩的测量 由材料力学知道，当圆轴受纯扭矩时，与轴线成由材料力学知道，当圆轴受纯扭矩时，与轴线成4545 的方向为主应的方向为主应力方向，且互相垂直方向上的拉、压主应力绝对值相等、符号相反，其力方向，且互相垂直方向上的
11、拉、压主应力绝对值相等、符号相反，其绝对值在数值上等于圆周横截面上的最大剪应力绝对值在数值上等于圆周横截面上的最大剪应力 ,将应变片粘贴将应变片粘贴在与轴线成在与轴线成4545 方向的圆轴表面上。即可测出此处的应变方向的圆轴表面上。即可测出此处的应变。则扭。则扭矩为矩为 式中，式中，WWp p为圆轴抗扭断面模量。为圆轴抗扭断面模量。为了增加电桥的输出，往往互相垂直地贴两片或四片组成半桥或全桥为了增加电桥的输出，往往互相垂直地贴两片或四片组成半桥或全桥测量电路，也解决了温度补偿问题。在工程上的轴，往往承受扭矩的同测量电路，也解决了温度补偿问题。在工程上的轴，往往承受扭矩的同时还承受弯矩。测量时要
12、充分注意，设法消除其影响。时还承受弯矩。测量时要充分注意，设法消除其影响。现在学习的是第16页，共35页拉伸方向4545R1R213MKMK321R1R2(a)MKMKMKMKMKMK(b)(c)如果弯矩沿轴向有较大梯度时，不能采用图如果弯矩沿轴向有较大梯度时，不能采用图8-308-30（b b）的贴）的贴片方案，而应采用图片方案，而应采用图8-308-30（a a）的贴片方案。）的贴片方案。现在学习的是第17页，共35页R1R4321R2R3MKMK(R4)R1(R3)R2(e)MKMK45454545R4R33R2R1321R1R3R4R2(d)如（如（d d）所示，轴上贴有四片应变片，测
13、量时将）所示，轴上贴有四片应变片，测量时将R R1 1和和R R4 4、R R2 2和和R R3 3串串联起来接入电桥，即可测出轴上的扭矩而消除弯矩的影响。如轴承受的弯联起来接入电桥，即可测出轴上的扭矩而消除弯矩的影响。如轴承受的弯矩沿轴向变化较大，则应按图矩沿轴向变化较大，则应按图8-308-30（e e）方案贴片和接桥，图中（）方案贴片和接桥，图中（R R3 3）和（和（R R4 4）表示贴在背面对应）表示贴在背面对应R R1 1和和R R2 2的位置。的位置。现在学习的是第18页，共35页轴向拉伸（压缩）载荷下布片接桥组合图例轴向拉伸（压缩）载荷下布片接桥组合图例 不同的布置和接桥方法对
14、灵敏度、温度补偿不同的布置和接桥方法对灵敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。一般应优先选用情况和消除弯矩影响是不同的。一般应优先选用输出信号大、输出信号大、能实现温度补偿、粘贴方便和便于能实现温度补偿、粘贴方便和便于分析的方案。分析的方案。现在学习的是第19页，共35页现在学习的是第20页，共35页现在学习的是第21页，共35页(一一)已知主应力方向：主应力方向已已知主应力方向：主应力方向已知，只需要沿两个互相垂直的主应力知，只需要沿两个互相垂直的主应力方向各贴一片应变片另外再采取温度方向各贴一片应变片另外再采取温度补偿措施补偿措施,就可以直接测出主应变。就可以直接测出主应变。2.在平面
15、应力状态下主应力的测在平面应力状态下主应力的测定定现在学习的是第22页，共35页现在学习的是第23页，共35页(二二)主应力方向未知：采取贴应变花的办法主应力方向未知：采取贴应变花的办法进行测量。对于平面应力状态进行测量。对于平面应力状态,如能测出某如能测出某点三个方向的应变点三个方向的应变1 1、2 2和和3 3,就可以计就可以计算该点主应力的大小和方向。算该点主应力的大小和方向。现在学习的是第24页，共35页二、力的测量二、力的测量(一一)常用的力传感器：常用的力传感器：现在学习的是第25页，共35页现在学习的是第26页，共35页差动变压器式差动变压器式力传感器力传感器现在学习的是第27页
16、，共35页(二）空间力系测二）空间力系测量装置：一般量装置：一般空间力系包括空间力系包括三个互相垂直三个互相垂直的分力和三个的分力和三个互相垂直的力互相垂直的力矩分量。矩分量。现在学习的是第28页，共35页现在学习的是第29页，共35页现在学习的是第30页，共35页现在学习的是第31页，共35页第二节第二节 扭矩的测量扭矩的测量 在这种测在这种测量方法中量方法中,在在转轴的适当部转轴的适当部位粘贴四片应位粘贴四片应变片变片,作全桥作全桥连接连接,便成为便成为扭矩传感器。扭矩传感器。现在学习的是第32页，共35页现在学习的是第33页，共35页现在学习的是第34页，共35页现在学习的是第35页，共35页