力,压力测量2011

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1、力、扭矩、压力的测量教研室：材料成型及控制工程教研室教师姓名：曾娣平课程名称机械工程测试技术授课专业及班次08级机械类模具本科专业授课内容柱式、筒式、剪切梁式力传感器及其测量技术；压电式压力传感器及其测量技术，压力传感器的标定；电感式、涡流式、电容式位移传感器及测量技术授课方式及学时课堂讲解或多媒体演示，4学时目的要求通过学习力、压力和位移测量，使学生具有应用应变式、压电式以及位移测量技术测量工程中力、压力和位移的能力。重点与难点（1）教学重点应变片的布置与组桥；压电式压力传感器、位移传感器的工作特性及

2、应用。（2）教学难点在拉、压、弯、扭等各种载荷复合作用下如何布片和组桥，；压力传感器的标定，。讲授内容及时间分配力的测量1学时；扭矩，压力测量2学时。教具课堂讲解或多媒体演示参考资料王伯雄主编：《测试技术基础》，清华大学大学出版社，2003力、扭矩、压力的测量第一节力的测量力的测量方法可以归纳为利用力的静力效应和动力效应两种。利用静力效应测力力的静力效应使物体产生变形，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，可用差动变压器、激光干涉等方法测定弹性体变形达到测力的目的；也可

3、利用与力有关的物理效应，如压电效应、压磁效应等。利用动力效应测力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。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。例如基准测力机等1.1应力、应变的测量常用的力测量方法是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。应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥类似。直流电桥的输出电压为其中R1、R2、R3和R4分别为电桥的四个桥臂电阻。若在力作

4、用下所产生的电阻变化分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考虑到ΔR<

5、桥特性，在输出中保留弯应变的影响，消除轴向拉、压力产生的应变成分。1.2电阻应变式测力装置测量力时可以直接在被测对象上布片组桥，也可以在弹性元件上布片组桥，使力通过弹性元件传到应变片。常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式。   柱式弹性元件通过柱式弹性元件表面的拉(压)变形测力。应变片的粘贴和电桥的连接应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部。柱式力传感器可以测量0.1~3000吨的载荷，常用于大型轧钢设备的轧制力测量。   梁式弹性元件类型有等截面梁、等强

6、度梁和双端固定梁等，通过梁的弯曲变形测力，结构简单，灵敏度较高。   环式弹性元件分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的弯曲变形测力，结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。   轮辐式弹性元件轮幅式弹性元件受力状态可分为拉压、弯曲和剪切。前两类测力弹性元件经常采用，精度和稳定性已达到一定水平，但是安装条件变化或受力点移动，会引起难于估计的误差。剪切受力的弹性元件具有对加载方式不敏感、抗偏载、侧向稳定、外形矮等特点。1.3   其它测力传感器1.电容式力传感器 其特点是结构简单，灵敏度高，动态响应快，但是由于

7、电荷泄漏难于避免，不适宜静态力的测量(电容式力传感器的结构原理)。2.压电式力传感器前面章节介绍过压电式传感器的原理和压电式振动加速度传感器，测力传感器的结构类似。其特点是体积小，动态响应快，但是也存在电荷泄漏，不适宜静态力的测量。使用中应防止承受横向力和施加予紧力。3.压磁式测力装置其特点是硅钢材料受力面加大后，可以测量数千吨的力，且输出电势较大，甚至只需滤波整流，无需放大处理。常用于大型轧钢机的轧制力测量。使用中应防止因侧向力干扰而破坏硅钢的叠片结构(压磁式测力装置的工作原理)。4.差动变压器式测力

8、传感器其特点是工作温度范围较宽,为了减小横向力或偏心力的影响，传感器的高径比应较小。(差动变压器式测力传感器的工作原理)第二节扭矩的测量扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是Nm。扭矩的测量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法最常用。2.1应变式扭矩测量由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪应力状态，在与轴线成45度的方向上有最大正应力σ1和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜=τmax。相应的变形