應變力與扭矩測量

應變力與扭矩測量第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日根據(jù)被測應變的性質(zhì)和工作頻率的不同，可采用不同的應變儀。靜態(tài)載荷作用下的應變，以及變化十分緩慢或變化后能很快穩(wěn)定下來的應變，可采用靜態(tài)電阻應變儀。以靜態(tài)應變測量為主，兼作200Hz以下的低頻動態(tài)測量可采用靜動態(tài)電阻應變儀。第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日測量0-2000Hz范圍的動態(tài)應變，采用動態(tài)電阻應變儀；這類應變儀通常具有4-8個通道。測量0-20000Hz的動態(tài)過程和爆炸、沖擊等瞬態(tài)變化過程，則采用超動態(tài)電阻應變儀。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、應變儀的電橋特性應變儀中多采用交流電橋，電源以載波頻率供電，四個橋臂均為電阻，由可調(diào)電容來平衡分布電容，但基本公式與直流電橋具有相似的形式。第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日若電阻變化為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4、各臂阻值相等為R則設(shè)各應變片靈敏度Sg相同，則第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日應變儀電橋工作方式和輸出電壓第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

應變片的布置和電橋連接應根據(jù)測量的目的、對載荷分布的估計而定。在測量復合載荷作用下的應變時,還應利用應變片的布置和接橋方法來消除相互影響的因素。二、應變片的布置和接橋方法

第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.拉（壓）力的測量（試件受力P作用，方向已知）沿力作用方向貼一工作電阻應變片R1，而在另一塊與試件處于同一溫度環(huán)境且不受力的相同材料的金屬塊上貼一溫度補償片R2。R1和R2接入電橋中，構(gòu)成了測量P的橋路。該電橋可獲得相互補償，輸出電壓為也可將溫度補償片R2也貼在同一試件上,組成半橋，其輸出電壓增加了1+（為箔松比）倍，即

上述布片、接橋方式，不能排除彎曲的影響。拉力P的大小可按此式計算第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日PPR1R2(a)PP(b)R2R1321R1R2(c)拉（壓）載荷的測量第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.彎曲載荷的測量試件受一彎矩M，在試件上貼一工作電阻應變片R1，溫度補償片R2是貼在一塊與試件環(huán)境溫度、同材質(zhì)且不受力的材料上，將R1和R2如圖8-27（c）接入半橋，即為彎矩M的測量電橋，其輸出電壓為在試件上貼R1和R2兩片工作片，亦互為溫度補償。R1貼在壓縮區(qū)，R2貼在拉伸區(qū)，兩者電阻變化大小相等，符號相反，組成半橋。此時輸出為前者二倍，即彎矩M(W為試件的抗彎截面系數(shù))第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日321(c)R1R2MMR1R2(b)MMR2R1(a)彎矩的測量第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.拉壓及彎曲聯(lián)合作用時的測量如只測量彎矩值，這時拉或壓產(chǎn)生的變形使R1和R2大小相等符號相同，在電橋臂上相互抵消，不會對電橋的輸出產(chǎn)生影響，因此該測量電橋的輸出自動消除了拉（壓）的影響，正好反映出彎矩M的大小，其輸出電壓為。如只測拉（壓）而不考慮彎曲的作用，R1和R2串聯(lián)組成臂橋，另一臂用二片溫度補償片RK串聯(lián)組成。RK貼在與試件相同環(huán)境、同材質(zhì)且不受力的零件上，此時電橋的輸出只能反映拉伸（或壓縮）載荷的大小。彎矩M引起的R1和R2的電阻變化絕對值相等，符號相反而在一個電橋臂上互相抵消，所以電橋的輸出只表示拉（壓）載荷，其輸出電壓為。第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日321R1R2(b)321R1R2RKRK(c)拉（壓）、彎曲載荷的測量MMR1R2ppRKRK(a)第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.剪力的測量因為剪應力不能使電阻應變片變形而產(chǎn)生電阻的變化。所以只能利用由剪應力引起的正應力來測量剪力。Q為測量剪力，在a1和a2處貼電阻應變片R1和R2，a為兩應變片R1和R2之間的距離。可得出

將R1和R2組成半橋，則此時測量電橋的輸出只和成正比，而和剪力Q的作用點的變化無關(guān)。a、E、W均為常數(shù)，則可算出剪力Q。第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日橫剪力的測量123R1R2a1

M1R1R2M2

a2Q

a(a)(b)第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日5.軸扭轉(zhuǎn)時橫斷面上剪應力和扭矩的測量由材料力學知道，當圓軸受純扭矩時，與軸線成45的方向為主應力方向，且互相垂直方向上的拉、壓主應力絕對值相等、符號相反，其絕對值在數(shù)值上等于圓周橫截面上的最大剪應力,將應變片粘貼在與軸線成45方向的圓軸表面上。即可測出此處的應變。則扭矩為

式中，Wp為圓軸抗扭斷面模量。為了增加電橋的輸出，往往互相垂直地貼兩片或四片組成半橋或全橋測量電路，也解決了溫度補償問題。在工程上的軸，往往承受扭矩的同時還承受彎矩。測量時要充分注意，設(shè)法消除其影響。第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日拉伸方向4545R1R213MKMK321R1R2(a)MKMKMKMKMKMK(b)(c)如果彎矩沿軸向有較大梯度時，不能采用圖8-30（b）的貼片方案，而應采用圖8-30（a）的貼片方案。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日R1R4321R2R3MKMK(R4)R1(R3)R2(e)MKMK45454545R4R33R2R1321R1R3R4R2(d)如（d）所示，軸上貼有四片應變片，測量時將R1和R4、R2和R3串聯(lián)起來接入電橋，即可測出軸上的扭矩而消除彎矩的影響。如軸承受的彎矩沿軸向變化較大，則應按圖8-30（e）方案貼片和接橋，圖中（R3）和（R4）表示貼在背面對應R1和R2的位置。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日軸向拉伸（壓縮）載荷下布片接橋組合圖例

不同的布置和接橋方法對靈敏度、溫度補償情況和消除彎矩影響是不同的。一般應優(yōu)先選用輸出信號大、能實現(xiàn)溫度補償、粘貼方便和便于分析的方案。第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日(一)已知主應力方向：主應力方向已知，只需要沿兩個互相垂直的主應力方向各貼一片應變片另外再采取溫度補償措施,就可以直接測出主應變。2.在平面應力狀態(tài)下主應力的測定第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日(二)主應力方向未知：采取貼應變花的辦法進行測量。對于平面應力狀態(tài),如能測出某點三個方向的應變ε1、ε2和ε3,就可以計算該點主應力的大小和方向。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、力的測量(一)常用的力傳感器：第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日差動變壓器式力傳感器第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日(二）空間力系測量裝置：一般空間力系包括三個互相垂直的分力和三個互相垂直的力矩分量。第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十五頁，2022