CH9力、扭矩、压力的测量
46页1、第9章 力、扭矩、压力的测量Measurement of Force, Torque and Pressure,9.0 序 (Introduction) 9.1 力的测量(Measurement of Force) 9.2 扭矩的测量(Measurement of Torque) 9.3 压力的测量(Measurement of Pressure),返回,力、扭矩、压力测量的目的: 力是最基本和最常见的工作载荷,也是其他载荷形式和有关物理量(弯矩、扭矩、应力、功、功率及刚度等)的基本因素; 通过力、扭矩和压力的测量,分析构件的受力状况和工作状态,验证设计计算,确定工作过程和某些物理现象的机理。,在国际单位制中,力是一个导出量,由质量和加速度的乘积来定义。力的基准量取决于质量、时间和长度的基准量。,9.0 序 (Introduction),9.1 力的测量 (Measurement of Force),9.1.0 力的测量方法,静力效应测力,动力效应测力,例如,用差动变压器、激光干涉等方法来测定弹性体变形或利用与力有关的物理效应,如压电效应、压磁效应等达到测力的目的。,力的静力效应使物体
2、产生变形,通过测定物体的变形量或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力值。,例如基准测力机等。,在重力场中地球的引力使物体产生重力加速度,因而可以用已知质量的物体在重力场某处的重力来体现力值。,力的动力效应使物体产生加速度,测定了物体的质量及所获得的加速度大小就测定了力值。,9.1.1 应力、应变的测量 (Measurement of Stress and Strain),应力、应变测量方法,应用应变片和应变仪测量构件的表面应变,根据应变和应力、力之间的关系,确定构件的受力状态。,电阻应变仪的分类,静态电阻应变仪,用以测量静态载荷下的应变,以及变化十分缓慢或变化后能很快稳定下来的应变;,工作频率为0200 Hz,用以测量静态应变或频率在200 Hz以下的低频动态应变;,静动态电阻应变仪,动态电阻应变仪,工作频率为02 000 Hz,用以测量2 000 Hz以下的动态应变;,超动态电阻应变仪,工作频率为020 000 Hz,用以测量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。,力的测量 (2/23),应变片布片和组桥方法,在应变仪中,电桥将被测应变转化为电压输出,再经过放大、相敏检波、A/D
3、转换等处理,最后显示被测应变数值。,桥臂电阻R1、R2、R3、R4在力作用下所产生的阻值变化分别为R1、R2、R3、R4,若 R1=R2=R3=R4 ,且只考虑微应变,则:,如果各桥臂应变片的灵敏度Sg相同,则有:,力的测量 (3/23),表中符号说明:Sg 应变片的灵敏度;ui 供桥电压; 被测件的泊松比; r 应交仪读数,即指示应变; 所要测量的机械应变值。,拉伸(压缩)应变测量,力的测量 (4/23),表中符号说明:Sg 应变片的灵敏度;ui 供桥电压; 被测件的泊松比; r 应交仪读数,即指示应变; 所要测量的机械应变值。,(续),力的测量 (5/23),表中符号说明:Sg 应变片的灵敏度;ui 供桥电压; 被测件的泊松比; r 应交仪读数,即指示应变; 所要测量的机械应变值。,(续),力的测量 (6/23),弯曲应变测量,表中符号说明:Sg 应变片的灵敏度;ui 供桥电压; 被测件的泊松比; r 应交仪读数,即指示应变; 所要测量的机械应变值。,力的测量 (7/23),表中符号说明:Sg 应变片的灵敏度;ui 供桥电压; 被测件的泊松比; r 应交仪读数,即指示应变; 所要测
4、量的机械应变值。,(续),力的测量 (8/23),扭转应变测量,力的测量 (9/23),其他复杂受力状况下应变测量,力的测量 (10/23),(续),力的测量 (11/23),9.1.2 力的测量装置 (Components for Force Measuring),电阻应变式测力装置,力的测量可以在被测对象上直接布片组桥,也可以在弹性元件上布片组桥,组成各种测力仪。,常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐式等多种形式。电阻应变式测力仪具有结构简单、制造方便、精度高等优点。,柱式弹性元件,F 作用在弹性元件上的外力; E 材料的弹性模量; A 圆柱的横截面积;,力的测量 (12/23),实心圆柱弹性元件,灵敏度与横截面积 A 成反比,但 A 的减小受到允许应力和线性要求的限制,同时,A的减小会对横向力干扰敏感。,空心圆柱弹性元件,空心圆柱(圆筒)式弹性元件多用于小集中力的测量。,一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱中部表面并通过电桥连接以尽可能消除偏心和弯矩的影响。,对图示四个轴向和四个横向片,连接成串联全桥电路后,其轴向应变为,力的测量 (13/23),梁式弹性元件,等截面梁,当力作
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