第8章-力、力矩和压力ppt课件.ppt

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1、第八章力、力矩和压力的测量本章要点:1.力值测量和称重的量值传递、典型方法、异同点；动态称重的方法；2.力矩测量系统的设计方法；3.典型压力测量系统和量值传递。.第一节概述1.力测量的意义力是最重要的物理量之一，力学是国家一级学科；各种机械运动的实质都是力和力矩的传递过程；力和力矩的测量是设计和改进机械运动的重要手段；流体对各种承载面的压力测量应用十分广泛。2.力的概念：力是物体之间的相互作用。有“动力效应”和“静力效应”。力值的计量单位是“牛顿”，N3.力矩的概念：力矩是力和力臂的乘积。也称转矩或

2、扭矩。法定计量单位为“牛顿·米”，N·m4.压力的概念：垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常称的压强。工程上，习惯把压强称为压力。计量单位是“帕斯卡”，Pa=1N/m2.压力测量的常用术语及意义大气压力：简称气压，是由地球表面空气质量所形成的压力称为大气压力。它随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化。温度0ºC，纬度45º海平面上，重力加速度为9.80665m/s2时的压力定义为一个标准大气压。绝对压力：相对绝对真空所测的压力。表压力：以环境大气压力作为参考压力的差压（压力差）。正压力：绝对

3、压力高于大气压的表压力，常称为压力。负压力：绝对压力低于大气压力时，大气压力与绝对压力之差。真空度：低于大气压力的绝对压力。.压力概念图示绝对压力pa真空(负压力)p0大气压力pb绝对压力pa表压力pp=pa-pbp0=pb-pa.第二节力的测量一、力的测量方法力的本质是物体之间的相互作用，不能直接得到其值的大小。1．利用动力效应测力2．利用静力效应测力力的静力效应使物体产生变形，通过测定变形量（如差动变压器、激光干涉）或者与应力相对应参量的物理效应（如压电效应、压磁效应）来确定力值。力的测量方法亦

4、可分为力平衡法、测位移法和物理效应测力等。.例：机械式力平衡装置原理：基于静态重力力矩平衡，因此仅适用于作静态测量。优点：简单易行，可获得很高的测量精度。(a)为梁式天平（相对精度高于1/10000的单杠杆叫天平），通过调整砝码使指针归零，将被测力Fi与标准质量(砝码G)的重力进行平衡，直接比较得出被测力Fi的大小。(b)为机械杠杆式力平衡装置说明：力平衡法中的平衡力亦可是已知大小的电磁力或气动力等.伺服式测力系统。无外力作用时，系统处于初始平衡位置，光线全部被遮住，光敏元件无电流输出，力发生器不产

5、生力矩。当被测力F作用在杠杆上时，系统失去平衡，杠杆发生偏转，窗口打开相应的缝隙。光线通过缝隙，照射到光敏元件上，光敏元件输出与光照成磁电式力平衡测力系统比例的电信号，经放大后加到磁电力矩发生器的旋转线圈上。载流线圈与磁场相互作用而产生电磁力矩，用于平衡被测力F与配重(标准质量m)力的力矩之差；使杠杆重新处于平衡状态。当杠杆处于新的平衡位置时，其转角与被测力F成正比，放大器输出电信号在采样电阻R上的电压U0与被测力F成比例。.柱形筒形梁形几种弹性元件及应变片贴片方式二、力的测量装置(一)电阻应变式测

6、力仪用途：动静态测量，数量最多优点：结构简单、制造方便、精度高1.工作原理电阻应变片和弹性体是敏感元件和设计关键。弹性体的正确选用、设计和制造影响仪器测量精度和可靠性。弹性体截面形状：圆形、方形、工字型、多边形、圆桶形等；要求：表面曲率半径大（粘贴应变片、减小温度影响）思考：如何搭建完整的测量系统？测量范围？采取哪些补偿措施？.2.典型弹性体的结构形式和设计计算以柱式弹性体为例：应变片处弹性体轴向应变：若定义应变片的灵敏系数为k，即则应变片的总应变量为：由于电桥的输出与应变成正比（电压灵敏度），即两

7、式联立得传感器的灵敏度为：电压灵敏度意义：单位供桥电压Ui作用下传感器额定负荷的输出电压，常取0.5~2.5mV/V.非线性问题：是由截面面积的变化造成应力的非线性，使ΔUo也是非线性的，称为面积效应或二次效应。强度校验（1）求取弹性体的实际应变若取桥臂系数为n（见表8-1），则（3）考虑到可能的超载，设超载系数为kn，则最大应力为截面设计若为圆柱，则直径d为（2）若取材料许用应力，其中为屈服极限。则.例：设计一正方形截面的柱式负荷传感器，其中电压灵敏度1mV/V，负荷力50kN，应变片灵敏系数k=

8、2，求截面面积。解：(1)求应变。由ΔUo/Ui=1mV/V，k=2，并设应变片按全桥连接，μ=0.3，有(2)强度校核：选Cr40作为弹性体材料，则E=2.1×105MPa，σs=785.1MPa，有设超载系数kn为120%，则故强度符合要求。(3)截面设计：取Fmax=1.5F，则截面边长a为.4.应变式动态测力系统3.应变式测力仪电路一般采用电桥电路，有载波调制型和直流电路型。（由于电桥输出信号小，要求精度高，应选用高增益、低阻抗、小失调的测量电路，多采用集成模