第九章 应变、力和转矩的测量.ppt
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1、 第九章第九章应变、力和应变、力和转矩的测量转矩的测量 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 章章章章 重点:重点:试件在轴向拉伸(压缩)、弯矩载 荷作用下,应变片的布置和接桥 方法难点:难点:力、扭矩的测量方法。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 章章章章 机器人握力测量机器人握力测量 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测
2、试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 章章章章 系统接线调试现场安装扭矩转速传感器用笔记本电脑在线采集数据 第一节第一节 应变、应力的测量应变、应力的测量 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 章章章章 应用电阻应变片和电阻应变仪测定构件的表面应变,然后根据应变和应力的关系式,确定构件表面应力状况。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 方方 法:法:一、一、应变的测量应变的测量 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处
3、理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 应变测量原理应变测量原理应变测量原理应变测量原理 如图9-1所示。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 应变测量装置应变测量装置应变测量装置应变测量装置 应变测量装置也称电阻应变仪。工作频率 f=0,或 f 变化缓慢、变化后能稳定下来的应变。静态电阻应变仪静态电阻应变仪静态电阻应变仪静态电阻应变仪 Static Static Strain AmplifierStrain Amplifier 静动态电阻应变仪静动态电阻应变仪静动
4、态电阻应变仪静动态电阻应变仪 以静态应变为主,或测200Hz以下的低频动态应变。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 动态电阻应变仪动态电阻应变仪动态电阻应变仪动态电阻应变仪 Dynamic Strain Amplifier Dynamic Strain Amplifier工作频率:02000Hz,个别可达10kHz。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 超动态应变仪超动态应变仪超动态应变仪超动态应变仪 工作频率:0200
5、00Hz的动态过程,以及爆炸、冲击等瞬态变化过程 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 三、三、应变仪的电桥特性应变仪的电桥特性 应变仪中多采用交流电桥,电源以载波频率供电,四个桥臂均为电阻组成,由可调电容来平衡分布电容。由式(43)知电桥输出电压为:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 当四个电阻均产生电阻变化R1R4,R1=R2=R3=R4=R,且RR,忽略R高次项:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试
6、技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 电桥的加减特性:电桥的加减特性:电桥的加减特性:电桥的加减特性:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 据第四章可知应变仪电桥的工作方式和输出电压为:单 臂双 臂四 臂工作方式应变片所在桥臂二、二、应变片的布置和接桥方法应变片的布置和接桥方法 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 由于应变片粘贴于试件后,所感受的由于应变片粘贴于试件后,所感受的是试件
7、表面的拉应变或压应变,应变片的布是试件表面的拉应变或压应变,应变片的布置和电桥的连接方式应根据测量的目的、对置和电桥的连接方式应根据测量的目的、对载荷分布的估计而定,这样才能便于利用电载荷分布的估计而定,这样才能便于利用电桥的和差特性达到只测出所需测的应变而排桥的和差特性达到只测出所需测的应变而排除其他因素干扰的目的。除其他因素干扰的目的。布片和接桥应符合下列原则:布片和接桥应符合下列原则:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 在分析试件受力的基础上选择主应力最大点在分析试件受力的基础上选择主应力最大点为贴
8、片位置;为贴片位置;充分合理地应用电桥和差特性,只使需要测充分合理地应用电桥和差特性,只使需要测的应变影响电桥的输出,且有足够的灵敏度和的应变影响电桥的输出,且有足够的灵敏度和线性度;线性度;使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。(一)拉(压)载荷的测量(一)拉(压)载荷的测量 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 1、试件受力状态图受力受力不受力,作补偿用不受力,作补偿用电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:机械应变机械应变指示应变指示应变特点:1、不
9、能消除弯矩的影响2、能补偿温度的影响 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 2、试件受力状态图电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:都受力,互为补偿都受力,互为补偿特点:1、不能消除弯矩的影响2、能补偿温度的影响3、输出电压提高到(1+)工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 3、试件受
10、力状态图电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:特点:1、可以消除弯矩的影响2、能补偿温度的影响串联消除弯矩串联消除弯矩 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 4、试件受力状态图电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:特点:1、可消除弯矩的影响2、输出电压提高一倍3、能补偿温度的影响 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 5、试件受力状态图电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:特点:1、能
11、消除弯矩的影响2、能补偿温度的影响3、输出电压提高到(1+)倍 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 6、试件受力状态图电桥接法:电桥输出电压:拉(压)应变拉(压)应变:特点:1.能消除弯矩的影响2.能补偿温度的影响3.输出电压提高到2(1+)倍 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 例8-1:图1所示的圆柱型元件上作用有拉力F和弯矩M:如何布片和接桥可仅测出拉力F,并消除M和温度的影响(可另设补偿片)?写出电桥输出电压的
12、公式;图 1(二)(二)弯曲载荷的测量弯曲载荷的测量 特点:特点:不能消除拉(压)的影响,另设温 度补偿片。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 半桥2片特点:特点:输出电压提高1倍,可消除拉(压)影 响,另外,温度互为补偿 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 四片半桥或全桥 特点:特点:输出电压提高1倍,能消除拉(压)影响,温度互为补偿。或者输出电压提高到4倍,能消除拉(压)影响,温度互为补偿。工程测试技术与信息处理工程
13、测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 图图 3例例 8-28-2:如 图 3所 示,悬 臂 梁 弹 性 模 量 ,贴片处的抗弯截面系数 ,应变片 ,现用仪器测得P力作用的指示应变为2000 ,求P力的大小。(三)弯曲、拉(压)联合作用时的测量(三)弯曲、拉(压)联合作用时的测量 可消除
14、温度的影响,另设温度补偿片。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 测拉(压)测拉(压)测弯曲测弯曲 可消除拉(压)力影响,温度互为补偿。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 (四四)剪力的测量剪力的测量 剪力不能使应变片的电阻丝发生伸长或缩短的变形,即不能产生电阻的变化,故不能直接测量剪力。但在一悬臂梁上作用一力P,则此力引起各截面的横截面上的横剪力是相等的,即Q=P。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试
15、技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 显然,测出的剪力Q与L有关,作用点改变(L变化)即影响测量结果,且有些情况,L值无法量得,故可:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 Q与(1-2)成正比,而将R1、R2接成的电桥,其输出也与1-2成正比,(即和两断面的应变差成正比)。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 式中为两截面的弯曲应变差。L1-L2之值容易测取,且P力和作用点无关,此法在
16、实际中应用最广。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 测切削力测切削力测中耕铲阻力测中耕铲阻力 由材料力学知:由材料力学知:由材料力学知:由材料力学知:(五)(五)(五)(五)圆轴扭矩对剪应力和扭矩的测量圆轴扭矩对剪应力和扭矩的测量圆轴扭矩对剪应力和扭矩的测量圆轴扭矩对剪应力和扭矩的测量.圆轴扭矩时 与轴线成450 的方向为主 应力方向。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 .两互相垂直的主应力符号相反,绝对值相等:.主
17、应力值等于最大剪应力 那么,在与轴线成450方向上贴一应变片,即可测得此处的应变,据广义虎克定律 。那么最大剪应力:工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9章章章章 扭应变 测扭矩,不能消除弯曲及拉(压)影响,另设温度补偿。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 9 9 9 9 章章章章 而扭矩 抗扭截面系数 消除拉(压)影响测扭矩,但不能消除弯曲影响,温度互为补偿。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第
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