第六章力、扭矩、壓力的測量

1、測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論第六章第六章 力、扭矩、壓力的測量力、扭矩、壓力的測量6.1 力的測量力的測量 6.2 扭矩的測量扭矩的測量6.3 壓力的測量壓力的測量 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.1力的測量力的測量測量方法可歸納為利用測量方法可歸納為利用力的靜力效應力的靜力效應和和動力效應動力效應兩種。兩種。靜力效應測力靜力效應測力 力的靜力效應使物體產生變形，通過測定物體力的靜力效應使物體產生變形，通過測定物體的變形量或用與內部應力相對應參量的物理效應來確定力值。如的變形量或用與內部應力相對應參量的物理效應來確定力值。如可用可用差動變壓器差動變壓器、激光干涉激光干涉等方法測定彈性體

2、變形達到測力的目等方法測定彈性體變形達到測力的目的；也可利用與力有關的物理效應如的；也可利用與力有關的物理效應如壓電效應壓電效應、壓磁效應壓磁效應等。等。動力效應測力動力效應測力 力的動力效應使物體產生加速度，測定了物體力的動力效應使物體產生加速度，測定了物體的質量及所獲得的加速度大小就測定了力值。在重力場中地球的的質量及所獲得的加速度大小就測定了力值。在重力場中地球的引力使物體產生重力加速度，因而可以用已知質量的物體在重力引力使物體產生重力加速度，因而可以用已知質量的物體在重力場某處的重力來體現(xiàn)力值。例如基準測力機等。場某處的重力來體現(xiàn)力值。例如基準測力機等。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒

3、論6.1.1 應力、應變的測量應力、應變的測量常用的力測量方法是用應變片和常用的力測量方法是用應變片和應變儀應變儀測量構件的表測量構件的表面應變，根據應變和應力、力之間的關系，確定構件的面應變，根據應變和應力、力之間的關系，確定構件的受力狀態(tài)。受力狀態(tài)。應變儀采用交流電橋時，輸出特性與直流電橋應變儀采用交流電橋時，輸出特性與直流電橋(直流電橋直流電橋的輸出特性的輸出特性)類似。類似。應變片的應變片的布置布置和和電橋組接電橋組接(布片組橋布片組橋)應根據被測量和被應根據被測量和被測對象受力分布來確定。還應利用適當?shù)牟计M橋方式測對象受力分布來確定。還應利用適當?shù)牟计M橋方式消除溫度變化和復合載荷

4、作用的影響。消除溫度變化和復合載荷作用的影響。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論電阻應變儀按所測應變信號頻率范圍不同分為：1) 靜態(tài)電阻應變儀靜態(tài)電阻應變儀 用以測量靜態(tài)載荷下的應變，以用以測量靜態(tài)載荷下的應變，以及變化十分緩慢或變化后能很快穩(wěn)定下來的應變；及變化十分緩慢或變化后能很快穩(wěn)定下來的應變；2) 靜動態(tài)電阻應變儀靜動態(tài)電阻應變儀 工作頻率為工作頻率為0-200Hz，用以測量，用以測量靜態(tài)應變或頻率在靜態(tài)應變或頻率在200Hz以下的低頻動態(tài)應變；以下的低頻動態(tài)應變；3) 動態(tài)電阻應變儀動態(tài)電阻應變儀 工作頻率為工作頻率為0-2000Hz，用以測量，用以測量2000Hz以下的動態(tài)應變。通常

5、具有以下的動態(tài)應變。通常具有4-8個通道，可以對個通道，可以對多個應變信號同時測量；多個應變信號同時測量；4) 超動態(tài)電阻應變儀超動態(tài)電阻應變儀 工作頻率為工作頻率為0-20000Hz，用以測，用以測量爆炸沖擊等瞬態(tài)變化過程下的超動態(tài)應變。量爆炸沖擊等瞬態(tài)變化過程下的超動態(tài)應變。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論測量拉伸測量拉伸( (壓縮壓縮) )布片組橋方式布片組橋方式 測量拉伸測量拉伸( (壓縮壓縮) )應變時要采用適當?shù)牟计M應變時要采用適當?shù)牟计M橋方式，以便達到：橋方式，以便達到： 溫度補償溫度補償( (測軸向拉測軸向拉( (壓壓) )時的溫度補償時的溫度補償) ) 消除彎矩影響消除彎

6、矩影響( (用雙工作片消除彎矩的影響用雙工作片消除彎矩的影響) ) 提高測量靈敏度提高測量靈敏度( (用四工作片提高測量的靈敏度用四工作片提高測量的靈敏度) )的目的。的目的。 常用應力測量的布片和組橋方式常用應力測量的布片和組橋方式: 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論溫度補償溫度補償沿構件表面的軸線方向貼工作片沿構件表面的軸線方向貼工作片R1，在溫度補償板上貼補償片，在溫度補償板上貼補償片Rt，組成半橋即可測得軸向應變組成半橋即可測得軸向應變e e。電。電橋的輸出為橋的輸出為溫度補償滿足條件：補償板和試溫度補償滿足條件：補償板和試件的材料相同；工作片、補償片完件的材料相同；工作片、補償片完全

7、相同，放在完全相同溫度場中，全相同，放在完全相同溫度場中，接在相臨橋臂。接在相臨橋臂。 ppttpBDKURRURRRRRUUe e0110221110414)(41 圖中沿軸向貼一片應變片圖中沿軸向貼一片應變片, ,沿橫向貼另一片沿橫向貼另一片, ,為工作片補償法。為工作片補償法。10110)1(4)(4e e e ee e KUKUUBD測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論在拉在拉(壓壓)應變測量中消除彎矩的影響應變測量中消除彎矩的影響 用用對稱雙工作片對稱雙工作片測軸向測軸向拉拉( (壓壓) )應變。工作片在上、應變。工作片在上、下表面對稱粘貼，由加減下表面對稱粘貼，由加減特性可知，這樣可消

8、除因特性可知，這樣可消除因加載偏心而造成的附加彎加載偏心而造成的附加彎矩。其中全橋接法的輸出矩。其中全橋接法的輸出是半橋接法的二倍。是半橋接法的二倍。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論用多工作片提高應變測量的靈敏度用多工作片提高應變測量的靈敏度左圖左圖( ( 用四工作片測拉用四工作片測拉( (壓壓) )應變應變) )中，布片時省中，布片時省去了溫度補償板。這種去了溫度補償板。這種方法可得到最大輸出應方法可得到最大輸出應變值，即變值，即也可以消除因加載偏心也可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。而造成的附加彎矩。 112e e e e）（儀儀 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論彎矩測量？彎矩測量？

9、當試件受到彎矩作用時，其上、下表面會當試件受到彎矩作用時，其上、下表面會分別產生拉應變或壓應變?？赏ㄟ^應變測量分別產生拉應變或壓應變。可通過應變測量求得彎矩，布片接橋時要注意利用電橋特性，求得彎矩，布片接橋時要注意利用電橋特性，在輸出中保留彎應變的影響，消除軸向拉、在輸出中保留彎應變的影響，消除軸向拉、壓力產生的應變成分。壓力產生的應變成分。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論應變片的選擇及應用應變片的選擇及應用l 試件的測試要求，滿足測試精度、所測應試件的測試要求，滿足測試精度、所測應變的性質。變的性質。l 試驗環(huán)境與試件的狀況，消除溫度、濕度試驗環(huán)境與試件的狀況，消除溫度、濕度等因素的影響。等

10、因素的影響。l 應變片的粘貼。工藝：清洗、上膠、粘合應變片的粘貼。工藝：清洗、上膠、粘合l 、加壓、固化和檢驗等。、加壓、固化和檢驗等。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.1.2 電阻應變式測力裝置電阻應變式測力裝置測量力時可以直接在被測對象上布片組橋，測量力時可以直接在被測對象上布片組橋，也可以在彈性元件上布片組橋，使力通過彈也可以在彈性元件上布片組橋，使力通過彈性元件傳到應變片。常用的彈性元件有性元件傳到應變片。常用的彈性元件有柱式柱式、梁式梁式、環(huán)式環(huán)式、輪輻輪輻等多種形式。等多種形式。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論柱式彈性元件柱式彈性元件 通過通過柱式彈性元件柱式彈性元件表面的拉表

11、面的拉(壓壓)變形測力。應變片的粘貼和變形測力。應變片的粘貼和電橋的連接應盡可能消除偏心和電橋的連接應盡可能消除偏心和彎矩的影響，一般將應變片對稱彎矩的影響，一般將應變片對稱地貼在應力均勻的圓柱表面中部。地貼在應力均勻的圓柱表面中部。柱式力傳感器可以測量柱式力傳感器可以測量0.13000噸的載荷，常用于大型軋鋼設備噸的載荷，常用于大型軋鋼設備的軋制力測量。的軋制力測量。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論梁式彈性元件梁式彈性元件 類型有類型有等截面梁等截面梁、等強度梁等強度梁和和雙端固定梁雙端固定梁等，通過梁的等，通過梁的彎曲變形測力，結構簡單，靈敏度較高。彎曲變形測力，結構簡單，靈敏度較高。等

12、截面梁式彈性元件等截面梁式彈性元件等截面梁式彈性元件為一端固定的懸等截面梁式彈性元件為一端固定的懸臂梁，當力作用在自由端時，剛性端臂梁，當力作用在自由端時，剛性端截面的應力最大，而自由端撓度最大，截面的應力最大，而自由端撓度最大，在距受力點為在距受力點為l0的上下表面，沿的上下表面，沿l向貼向貼電阻應變片電阻應變片R1，R2和和R3，R4。粘貼應。粘貼應變片處的應變?yōu)樽兤幍膽優(yōu)镋bhFlE206 e e測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論等強度梁等強度梁(等強度梁式力傳感器等強度梁式力傳感器)，梁厚為，梁厚為h，梁長為梁長為l，固定端寬為，固定端寬為b0，自由端寬，自由端寬為為b。梁的截面成等

13、腰三角形，集中。梁的截面成等腰三角形，集中力力F作用在三角形頂點。梁內各橫截作用在三角形頂點。梁內各橫截面產生的應力是相等的，表面上任面產生的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等，因此稱為等意位置的應變也相等，因此稱為等強度梁，其應變?yōu)閺姸攘?，其應變?yōu)橛昧菏綇椥栽谱鞯牧鞲衅饔昧菏綇椥栽谱鞯牧鞲衅鬟m于測量適于測量5,000N以下的載荷，最小以下的載荷，最小可測幾克重的力。這種傳感器結構可測幾克重的力。這種傳感器結構簡單，加工容易，靈敏度高，常用簡單，加工容易，靈敏度高，常用于小壓力測量中。于小壓力測量中。EhbFlE206 e e測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論雙端固定梁雙端固定

14、梁 雙端固定梁的二端都固定，中間加載荷雙端固定梁的二端都固定，中間加載荷F，梁寬，梁寬為為b，梁厚為，梁厚為h，梁長為，梁長為l，應變片粘貼在中間位置，應變片粘貼在中間位置，則梁的應變?yōu)閯t梁的應變?yōu)檫@種梁的結構在相同力這種梁的結構在相同力F的作用下產生的撓度比的作用下產生的撓度比懸臂梁小。懸臂梁小。EbhFlE243 e e測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論環(huán)式彈性元件環(huán)式彈性元件 分為分為圓環(huán)式和八角環(huán)式圓環(huán)式和八角環(huán)式。它也是通過元件的彎曲變。它也是通過元件的彎曲變形測力，結構較緊湊。實際應用如形測力，結構較緊湊。實際應用如切削測力儀切削測力儀。圓環(huán)式圓環(huán)式在圓環(huán)上施加徑向力在圓環(huán)上施加徑向

15、力Fy時，圓環(huán)各處的應變不同，時，圓環(huán)各處的應變不同，與作用力成與作用力成39.6處處(圖中圖中B點點)應變等于零。在水平應變等于零。在水平中心線上則有最大的應變中心線上則有最大的應變 e e21)2/(32EbhhRFR為圓環(huán)外徑，為圓環(huán)外徑，h為圓環(huán)壁厚，為圓環(huán)壁厚，b為圓環(huán)寬度為圓環(huán)寬度 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論圓環(huán)式和八角環(huán)式圓環(huán)式和八角環(huán)式 將應變片貼在將應變片貼在1、2、3和和4處，處，1、3處受拉；處受拉；2、4處受壓。處受壓。如果圓環(huán)一側固定，另一側如果圓環(huán)一側固定，另一側受切向力受切向力Fx時，與受力點成時，與受力點成90處處(A點點)應變等于零。將應變等于零。將應變

16、片貼在與垂直中心線成應變片貼在與垂直中心線成39.6的的5、6、7、8處，則處，則5、7處受拉，處受拉，6、8處受壓。這樣，當圓環(huán)上同時作用著處受壓。這樣，當圓環(huán)上同時作用著Fx和和Fy時，時，將將14處和處和58處的應變片分別組成電橋，就可以互不干擾地測處的應變片分別組成電橋，就可以互不干擾地測力力Fx和和Fy。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論八角環(huán)式八角環(huán)式 圓環(huán)方式不易加緊固圓環(huán)方式不易加緊固定定, 實際上常用八角環(huán)實際上常用八角環(huán)代替代替, 如圖所示。八角如圖所示。八角環(huán)厚度為環(huán)厚度為h, 平均半徑平均半徑為為r。當當h/r較小時較小時, 零零應變點在應變點在39.6附近。附近。當當h

17、/r=0.4時，零應變點在時，零應變點在45處，故一般八角環(huán)測力處，故一般八角環(huán)測力Fx時，應變片貼在時，應變片貼在45處。處。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論切削測力儀切削測力儀當測力儀受進給抗力當測力儀受進給抗力Fx作用，則應變片作用，則應變片R5、R7受拉應力，受拉應力，R6、R8受壓應力。受壓應力。當圓環(huán)同時受當圓環(huán)同時受Fy、Fx作用時，把應變片作用時，把應變片R1R4，R5R8組成如圖所示的電橋，組成如圖所示的電橋，就可互不干擾地分別測得就可互不干擾地分別測得Fy和和Fx。當測力儀受主切削力。當測力儀受主切削力Fz的作用時，其八角的作用時，其八角環(huán)既受到垂直向下的力，又受到由于環(huán)既

18、受到垂直向下的力，又受到由于Fz引起的彎矩引起的彎矩Mz的作用。力的作用。力Fz與各應變與各應變片軸向垂直不起作用，片軸向垂直不起作用，Mz使測力儀上部環(huán)受拉應力，下部環(huán)受壓應力，因此使測力儀上部環(huán)受拉應力，下部環(huán)受壓應力，因此將應變片組成如圖所示電橋就可測出將應變片組成如圖所示電橋就可測出Fz。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.1.3 其它測力傳感器其它測力傳感器電容式力傳感器電容式力傳感器在矩形的特殊彈性元件上，在矩形的特殊彈性元件上，加工若干個貫通的圓孔，加工若干個貫通的圓孔，每個圓孔內固定兩個端面每個圓孔內固定兩個端面平行的丁字形電極，每個平行的丁字形電極，每個電極上貼有銅箔，構成由

19、多個平行板電容器并聯(lián)組成的電極上貼有銅箔，構成由多個平行板電容器并聯(lián)組成的測量電路。在力測量電路。在力F作用下，彈性元件變形使極板間矩發(fā)作用下，彈性元件變形使極板間矩發(fā)生變化，從而改變電容量。生變化，從而改變電容量。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論壓電式力傳感器壓電式力傳感器 前面章節(jié)介紹過前面章節(jié)介紹過壓電式傳感器的原理壓電式傳感器的原理和和壓壓電式振動加速度傳感器電式振動加速度傳感器，測力傳感器的結構，測力傳感器的結構類似。其特點是體積小，動態(tài)響應快，但是類似。其特點是體積小，動態(tài)響應快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測量。使也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測量。使用中應防止承受橫向力

20、和施加予緊力。用中應防止承受橫向力和施加予緊力。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論某些鐵磁材料受到外力作用時，某些鐵磁材料受到外力作用時，引起導磁率變化現(xiàn)象，稱作引起導磁率變化現(xiàn)象，稱作壓壓磁效應磁效應，其逆效應稱作，其逆效應稱作磁致伸磁致伸縮效應縮效應。硅鋼受壓縮時其導磁。硅鋼受壓縮時其導磁率沿應力方向下降，而沿應力率沿應力方向下降，而沿應力的垂向增加；在受拉伸時，導的垂向增加；在受拉伸時，導磁率變化正好相反。磁率變化正好相反。壓磁式測力裝置壓磁式測力裝置測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論 在硅鋼疊片上開在硅鋼疊片上開4個對稱的通孔，孔中個對稱的通孔，孔中分別繞互相垂直的兩個線圈，一個線圈為分

21、別繞互相垂直的兩個線圈，一個線圈為勵磁繞組，另一個為測量繞組。無外力作勵磁繞組，另一個為測量繞組。無外力作用時，磁力線不和測量繞組交鏈，測量繞用時，磁力線不和測量繞組交鏈，測量繞組不產生感應電勢。當受外力作用時，磁組不產生感應電勢。當受外力作用時，磁力線分布發(fā)生變化，部份磁力線和測量繞力線分布發(fā)生變化，部份磁力線和測量繞組交鏈，并在繞組中產生感應電勢，且作組交鏈，并在繞組中產生感應電勢，且作用力愈大，感應電勢愈大。用力愈大，感應電勢愈大。 硅鋼材料受力面加大后，可測量數(shù)千噸的力，且輸出電勢較硅鋼材料受力面加大后，可測量數(shù)千噸的力，且輸出電勢較大，無需放大處理。常用于大型軋鋼機的軋制力測量。大，

22、無需放大處理。常用于大型軋鋼機的軋制力測量。壓磁式測力裝置壓磁式測力裝置測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論差動變壓器式測力傳感器差動變壓器式測力傳感器 差動變壓器式力傳感器的彈性差動變壓器式力傳感器的彈性元件是簿壁圓筒，在外力作用下，元件是簿壁圓筒，在外力作用下，變形使差動變壓器的鐵芯介質微變形使差動變壓器的鐵芯介質微位移，變壓器次極產生相應電信位移，變壓器次極產生相應電信號。號。其特點是工作溫度范圍較寬其特點是工作溫度范圍較寬,為了減小橫向力或偏心力的影響，為了減小橫向力或偏心力的影響，傳感器的高徑比應較小。傳感器的高徑比應較小。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.2 扭矩的測量扭矩的測量以

23、以 測量轉軸應變測量轉軸應變測量轉軸兩橫截面相對扭轉角測量轉軸兩橫截面相對扭轉角的方法最常用的方法最常用 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.2.1 應變式扭矩測量應變式扭矩測量當受扭矩作用時，軸表面有最大剪應力當受扭矩作用時，軸表面有最大剪應力t tmax。軸。軸表面為純剪應力狀態(tài)，與軸線成表面為純剪應力狀態(tài)，與軸線成45的方向上有最的方向上有最大正應力大正應力 1和和 2，其值為，其值為 1 = 2 = t tmax。相應的變。相應的變形為形為e e1和和e e2，當測得應變后，便可算出，當測得應變后，便可算出t tmax。測量時。測量時應變片沿與軸線成應變片沿與軸線成45的方向粘貼。的方

24、向粘貼。 若測得沿若測得沿45方向的應變方向的應變e e1，則相應的剪應力為，則相應的剪應力為 e et t 11E測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.2.1 應變式扭矩測量應變式扭矩測量于是，軸的扭矩為于是，軸的扭矩為對于實心圓軸對于實心圓軸 Wn= D3/16測扭時，電阻應變計須沿主應變測扭時，電阻應變計須沿主應變e e1及及e e2的方的方向向(與軸線成與軸線成45及及135夾角夾角)。應變計的布應變計的布置及組橋方式置及組橋方式應考慮靈敏度、溫度補償及抵應考慮靈敏度、溫度補償及抵消拉、壓及彎曲等非測量因素干擾的要求。消拉、壓及彎曲等非測量因素干擾的要求。nnWEWT e et t 11

25、測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論測量扭矩時應變片的布置和組橋方式測量扭矩時應變片的布置和組橋方式 (a) 雙片集中軸向對稱雙片集中軸向對稱(橫八字橫八字)布置，應變片布置，應變片R1及及R2互相垂直，互相垂直，組成半橋的相鄰兩臂。貼片及引組成半橋的相鄰兩臂。貼片及引線較為簡單，但不能完全抵消彎線較為簡單，但不能完全抵消彎曲影響，可用于軸體不受彎曲的曲影響，可用于軸體不受彎曲的場合。場合。(b) 雙集中徑向對稱雙集中徑向對稱(豎八字豎八字)布布置，與置，與(a)之不同之處僅在于之不同之處僅在于R1及及R2處于同一截面周邊的鄰近兩個處于同一截面周邊的鄰近兩個點上，其適用條件同點上，其適用條件同(a

26、)。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論測量扭矩時應變片的布置和組橋方式測量扭矩時應變片的布置和組橋方式 (c) 四片徑端對稱的雙橫八字布四片徑端對稱的雙橫八字布置，互相垂直的兩個應變片的中置，互相垂直的兩個應變片的中心共線，四片可組成半橋或全橋。心共線，四片可組成半橋或全橋。組成全橋時，輸出靈敏度為組成全橋時，輸出靈敏度為(a)的的二倍。無論組成半橋或全橋皆可二倍。無論組成半橋或全橋皆可抵消拉抵消拉(壓壓)及彎曲的影響。及彎曲的影響。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論測量扭矩時應變片的布置和組橋方式測量扭矩時應變片的布置和組橋方式 (d) 四片徑端對稱的雙豎八字布四片徑端對稱的雙豎八字布置，可視為

27、置，可視為(b)的復合。應變片分的復合。應變片分別處于同一截面同一直徑兩個端別處于同一截面同一直徑兩個端點的鄰近部位，在軸體表面展開點的鄰近部位，在軸體表面展開圖中四個敏感柵的中心共線。圖中四個敏感柵的中心共線。(e) 四片均布的雙豎八字布置，四片均布的雙豎八字布置，與與(d)的區(qū)別僅在于四片圓周均布。的區(qū)別僅在于四片圓周均布。(d)與與(e)可組成全橋或半橋方式，可組成全橋或半橋方式，其靈敏度及抵抗非測力因素的性其靈敏度及抵抗非測力因素的性能同能同(c)。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.2.2 扭矩測量信號的傳輸扭矩測量信號的傳輸 扭矩測量的集電裝置扭矩測量的集電裝置 旋轉件的應變測量，

28、要解決信號傳送的問題。粘貼在旋轉件上旋轉件的應變測量，要解決信號傳送的問題。粘貼在旋轉件上的應變片和電橋導線隨旋轉件轉動，而應變儀等測量記錄儀器是的應變片和電橋導線隨旋轉件轉動，而應變儀等測量記錄儀器是固定的。除采用遙測方式以外，需要有集電裝置。固定的。除采用遙測方式以外，需要有集電裝置。無線傳輸方式無線傳輸方式 分為分為電波收發(fā)方式電波收發(fā)方式和和光電脈沖傳輸光電脈沖傳輸方式，這兩種方式取消了中方式，這兩種方式取消了中間接觸環(huán)節(jié)。間接觸環(huán)節(jié)。電波收發(fā)方式電波收發(fā)方式測量系統(tǒng)要求可靠的發(fā)射、接收和遙測量系統(tǒng)要求可靠的發(fā)射、接收和遙測裝置，且其信號容易受到干擾測裝置，且其信號容易受到干擾(數(shù)字化

29、后傳輸可解決數(shù)字化后傳輸可解決)；光電脈沖光電脈沖測量測量抗干擾能力較強，將測試數(shù)據數(shù)字化后以光信號的形式從轉抗干擾能力較強，將測試數(shù)據數(shù)字化后以光信號的形式從轉動的測量盤傳送到固定的接收器上，然后經解碼器后還原為所需動的測量盤傳送到固定的接收器上，然后經解碼器后還原為所需的信號。的信號。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論 6.2.3其它扭矩測量方法其它扭矩測量方法 壓磁式扭矩傳感器壓磁式扭矩傳感器 磁電感應式扭矩傳感器磁電感應式扭矩傳感器 光電式扭矩傳感器光電式扭矩傳感器 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論 壓磁式扭矩傳感器壓磁式扭矩傳感器 鐵磁材料的轉軸受扭矩作鐵磁材料的轉軸受扭矩作 用時，導

30、磁率發(fā)生變化。壓用時，導磁率發(fā)生變化。壓 磁式扭矩傳感器中鐵芯的開磁式扭矩傳感器中鐵芯的開 口端與轉軸表面保持口端與轉軸表面保持1-2mm 空隙，當空隙，當A-A線圈通入交流線圈通入交流 電，形成過轉軸的交變磁場。電，形成過轉軸的交變磁場。 當轉軸不受扭矩時，磁力當轉軸不受扭矩時，磁力 線和線和B-B線圈不交鏈；轉軸線圈不交鏈；轉軸 受扭矩作用時，轉軸材料導磁率變化，沿正應力方向磁阻減小，受扭矩作用時，轉軸材料導磁率變化，沿正應力方向磁阻減小，沿負應力方向磁阻增大，從而使磁力線分布改變，使部分磁力線沿負應力方向磁阻增大，從而使磁力線分布改變，使部分磁力線與與B-B線圈交鏈，在線圈交鏈，在B-B

31、線圈產生感應電勢。線圈產生感應電勢。測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論磁電感應式扭矩傳感器扭矩傳感器 磁電感應式扭矩傳感器中，磁電感應式扭矩傳感器中， 在轉軸上固定兩個齒輪在轉軸上固定兩個齒輪1和和2， 它們的材質、尺寸、齒形和它們的材質、尺寸、齒形和 齒數(shù)均相同。永久磁鐵和線齒數(shù)均相同。永久磁鐵和線 圈組成的磁電式檢測頭圈組成的磁電式檢測頭3和和4 對著齒頂安裝。當轉軸不受對著齒頂安裝。當轉軸不受 扭矩時，兩線圈輸出信號相扭矩時，兩線圈輸出信號相 同，相位差為零。轉軸承受同，相位差為零。轉軸承受 扭矩后，相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對扭轉角扭矩后，相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面

32、之間相對扭轉角的增加而加大，其大小與相對扭轉角、扭矩成正比。的增加而加大，其大小與相對扭轉角、扭矩成正比。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論光電式扭矩傳感器光電式扭矩傳感器 光電式扭矩傳感器在轉軸光電式扭矩傳感器在轉軸4上上 固定兩只圓盤光柵固定兩只圓盤光柵3，在不承受，在不承受 扭矩時，兩光柵的明暗區(qū)正好扭矩時，兩光柵的明暗區(qū)正好 互相遮擋，光源互相遮擋，光源1的光線沒有透的光線沒有透 過光柵照射到光敏元件過光柵照射到光敏元件2，無輸，無輸 出信號。當轉軸受扭矩后，轉出信號。當轉軸受扭矩后，轉 軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對轉軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對轉 角角 ，部份光線透過光柵照射到，部份光線透過

33、光柵照射到 光敏元件上產生輸出信號。扭光敏元件上產生輸出信號。扭 矩愈大，扭轉角愈大，穿過光柵的光通量愈大，輸出信號愈大，矩愈大，扭轉角愈大，穿過光柵的光通量愈大，輸出信號愈大，從而可實現(xiàn)扭矩測量。從而可實現(xiàn)扭矩測量。通過兩光柵之間相對扭轉角來測量扭矩。通過兩光柵之間相對扭轉角來測量扭矩。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.3 壓力的測量壓力的測量 6.3.1 壓力測量的彈性元件壓力測量的彈性元件壓力測量彈性元件通常有壓力測量彈性元件通常有波登管波登管、膜片膜片、波紋管波紋管等。在流體壓力作用下，彈性元件產等。在流體壓力作用下，彈性元件產生應變，其應變可以由應變片或微位移傳感生應變，其應變可

34、以由應變片或微位移傳感器及相應測量電路轉換成電信號輸出，有時器及相應測量電路轉換成電信號輸出，有時也可通過杠桿或齒輪副把應變轉化成指針偏也可通過杠桿或齒輪副把應變轉化成指針偏轉角來表示被測壓力的大小。轉角來表示被測壓力的大小。 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論彈性元件的結構形式及輸出特性彈性元件的結構形式及輸出特性 測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論波登管波登管 波登管，是橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管。當管波登管，是橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管。當管的固定端通入有一定壓力的流體時，管內外的壓力差的固定端通入有一定壓力的流體時，管內外的壓力差(管外一般管外一般為大氣壓力為大氣壓力)迫使管截面趨于圓形，這種變形導致波登管封閉的迫使管截面趨于圓形，這種變形導致波登管封閉的自由端產生線位移或角位移。自由端產生線位移或角位移。 a C型波登管型波登管b 螺旋型波登管螺旋型波登管c 扭轉型波登管扭轉型波登管測試技術基礎測試技術基礎緒論緒論6.3.2 壓力