内工大测试技术第四章_力参量的测量

《内工大测试技术第四章_力参量的测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第四章力参量的测量20页，3万字力是物体之间的相互作用，各种机械运动都是力或力矩传递的结果，因此力参量是机械工程屮最常见的基础被测参最之一。在研究机器零件的刚度、强度、设备的力能关系以及工艺参数时都要进行应力应变的测量。本章所介绍的力参量测量就是指作川于构件或零件表面上应力的直接测量或经转换后的各种集中力，如拉（压）力，弯矩，扭矩等的测量。力施加于某一•物体后,将产生两种效应，一是使物体的运动状态改变，称为“动力效应”；二是使物体产生变形，称为“静力效应”。而在机械工程当中，大部分测力方法都是棊于“静力效应”。在以上棊础上发展出了多种力测量方法，如机械测力法，光学测

2、力法和电测法。而电测法就是利用各种电参量式力传感器和电子测最线路或仪器对力参量进行测最的方法。电参量式力传感器存电阻应变式、电容式、电感式等。其中电阻应变式力传感器应用最为广泛。这种方法的主要特点是测量精度高、变换后得到的电信号可以很方便地进行传输和各种变换处理，例如可进行连续的测量和记录以及肓接和计算机数据处理系统相连接等。本章主要介绍电阻应变式电测法，其测量系统主要由电阻应变式力传感器、测量电路、显示与记录仪器或计算机等设备组成，如图4・1所示。显示、记录仪器或计算机电阻应变式力传感器土朋」测最电路—"或i图4・1电阻应变式测试框图第一节电阻应变式力传感器电阻应

3、变式力传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器Z—。其基本元件电阻应变片可分为金属电阻应变片和半导体应变片两类，是一种将应变转换成电阻变化的变换元件。将应变片粘贴在被测构件表面上，随着构件受力变形，应变片产生与构件表面应变成比例的电阻变化，应用适当测量电路和仪器就能测得构件的应变或应力。应变片不仅能测应变，而且对能转化为应变变化的物理量，如力、扭矩、压强、位移、温度、加速度等，都可利用应变片进行测量，所以它在测试屮应用非常广泛。电阻应变式测试技术Z所以得到广泛应用，是由于它具有以下优点：①非线性小，电阻的变化同应变成线性关系；②应变片尺寸小（我国的应变片栅长最小达

4、0.178mm）,重量轻（一般为0.1-0.2g）,惯性小，频率响应好，可测0〜500kHz的动态应变；③测量范围广，一般测量范围为10〜10/量级的微应变；用高精度、高稳定性测量系统和半导体应变片可测出10-2量级的微应变；①测量精度髙，动态测试粕度达1%,静态测试技术可达0.1%；②可在各种复杂或恶劣的环境小进行测量。如从-270°C（液氨温度）深冷温度到+1000°C的高温；从宇宙空间的真空到儿「个大气压的超高压状态；长时间地浸没于水下；大的离心力和强烈振动；强磁场、放射性和化学腐蚀等恶劣环境中进行测量。一、（电阻应变效应（矩形截面，公式变吗？）L电阻应变片是

5、基于电阻丝的应变效M工作的。由欧姆定理可知，电阻丝的电阻（R=pL/S）与材料的电阻率（p）及其几何尺寸（长度L和截面积S）有关，而电阻丝在承受机械变形的过程屮，这三者都要发生变化，因而引起电阻丝的电阻变化。电阻丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的人小而发生相应变化的现象称为金属的电阻应变效应。由欧姆定理可知，电阻丝的电阻R如式（4-1）所示(4-1)式中R—电阻丝的电阻（Q）；P—电阻丝的电阻率（Q・m2/m）；L—电阻丝的长度（m）；S—电阻丝的截面积（亦）。图4-2电阻导体的电啊一应变效应如图4・2所示，一段长度为L的电阻丝，当电阻丝受轴向力F拉伸而伸

6、长dL时，其横截面积将相应减小dS,电阻率受金属晶格发生变形等因索的影响也将随Z改变弘，则电阻丝的电阻值会随之发生变化。将式（5・1）两边取对数并微分得电阻丝电阻变化量次为dRdpdLdS,—=—+—+—（4-2）RpLS设电阻丝半径为厂，dA=2Wr,有(4-3)令Ex=dL］厶为电阻丝的轴向应变：=dr/r为电阻丝的径向应变。电阻丝受拉时，沿轴向伸长，沿径向缩翹，由材料力学知识可知，二者Z间的关系为=一理(4-4)式中，“——电阻材料的泊松系数。R——电阻丝电阻率的相对变化，与电阻丝轴向所受正应力。有关。P(4-5)式屮，E——电阻丝材料的弹性模量;X——压阻系

7、数，•材质有关。将式(4・3)、式(44)、式(4-5)代入式(4-2)得—-二£丫+-+XEsx=(1+2“+几E)£丫RKs=l+2“+2E则有：dR/R=Kssx(4-6)(4-7)(4-8)K,称为电阻丝的灵敏度系数，表征金屈丝产牛单位变形时，电阻相对变化的人小。显然,K$越大，单位变形引起的电阻相对变化越大。由式(4・7)可看出，电阻丝的灵敏系数K、.受两个因索影响:l+2/z项由于电阻丝受拉伸后，几何尺寸发生变化而引起的；对于同一种材料1+2“项是常数。2E项是由于电阻率的变化而引起的。对于金属材料來说，征很小，可忽略；而对于半导体材料来说，疋要远远