第九章_应变_力和扭矩的测量

1、青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量第九章第九章 应变、力和转矩的测量应变、力和转矩的测量第一节第一节 应变的测量应变的测量一、概述一、概述 应力、应变测量的目的应力、应变测量的目的：掌握被测件的实际应力：掌握被测件的实际应力大小及分布规律，进而分析机器构件的破坏原因，寿大小及分布规律，进而分析机器构件的破坏原因，寿命长短，强度储备；验证相应的理论公式，合理安排命长短，强度储备；验证相应的理论公式，合理安排工艺；提供生产过程或物理现象的数学模型；同时它工艺；提供生产过程或物理现象的数学模型；同时它也是设计制造用于测试许多机械量的各种应变式

2、传感也是设计制造用于测试许多机械量的各种应变式传感器的理论基础。器的理论基础。 应力测量可分为单向应力测量和平面应力测量，应力测量可分为单向应力测量和平面应力测量，前者可用单个应变片测量，后者一般要采用应变花测前者可用单个应变片测量，后者一般要采用应变花测量。对于具体问题一般按下面步骤进行：量。对于具体问题一般按下面步骤进行：对被测件进对被测件进行应力应变分析行应力应变分析确定贴片方式确定贴片方式确定组桥方式确定组桥方式根根据测得数据进行结果计算。据测得数据进行结果计算。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量二、简单受力状态的应变测量二、简

3、单受力状态的应变测量1 1、单向拉伸（压缩）、单向拉伸（压缩）（1 1） 应力应变分析应力应变分析 横截面受均匀分布的应力，外表面是沿横截面受均匀分布的应力，外表面是沿轴向的单向应力状态，只要测得外表面上的轴向应变轴向的单向应力状态，只要测得外表面上的轴向应变 F F，即可，即可求知拉力求知拉力F: F: FF= A=EA 拉拉( (压压) )力力(N)(N)正应力（正应力（Pa)Pa)截面积（截面积（m m2 2) )弹性模量弹性模量(Pa)(Pa)应变应变, ,无量纲无量纲青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（2 2） 贴片组桥及桥路

4、温度补偿贴片组桥及桥路温度补偿 组桥时，利用电桥的组桥时，利用电桥的加减特性加减特性进行桥路温度补偿。其温度进行桥路温度补偿。其温度补偿的条件是补偿的条件是：两只参数完全相同的应变片，贴在相同材料的：两只参数完全相同的应变片，贴在相同材料的试件上，放在相同的温度场中，接在试件上，放在相同的温度场中，接在相邻桥臂相邻桥臂，则电桥输出可，则电桥输出可以补偿这两只应变片由于温度变化产生的电阻变化。以补偿这两只应变片由于温度变化产生的电阻变化。 环境温度改变导致其应变片阻值的变化对测量精度的影响是环境温度改变导致其应变片阻值的变化对测量精度的影响是不能忽略的，尤其在静态应变测量时，必须采取措施以减小或

5、不能忽略的，尤其在静态应变测量时，必须采取措施以减小或消除温度变化的影响。消除温度变化的影响。 常采用常采用补偿片补偿片或或工作片工作片进行温度补偿进行温度补偿 采用采用补偿片补偿片温度补偿温度补偿 方法方法：选两只相同的应变片，工作片：选两只相同的应变片，工作片R R1 1贴在试件表面，补偿片贴在试件表面，补偿片R R2 2贴在与试件贴在与试件材料相同的温度补偿板上。将材料相同的温度补偿板上。将R R1 1和和R R2 2组组成半桥接入应变仪。测量时，补偿板和成半桥接入应变仪。测量时，补偿板和试件置于相同的温度环境。试件置于相同的温度环境。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章

6、 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量011=()4FURR0=4FUK电桥输出电压（电桥输出电压（V)V)供桥电压（供桥电压（V)V)应变应变引起的引起的电阻变化电阻变化温度温度引起的引起的电阻变化电阻变化应变片灵敏系数应变片灵敏系数应变应变, ,无量纲无量纲 采用采用工作片工作片温度补偿温度补偿011212()4FttBDURRRURR电桥输出电压为：电桥输出电压为： 方法方法：R R2 2沿试件轴线的沿试件轴线的垂直垂直方向粘贴，故有方向粘贴，故有 2 2- - 1 1。011=()4UK 01=(1)4UK 012()4BDUUK电桥输出电压为：电桥输出电压为：弹性材料的泊松比弹性材

7、料的泊松比静态应变仪读数：静态应变仪读数： 仪仪(1+)(1+)1 1，实际应变实际应变 F F=1 1=仪仪/(1+)/(1+)。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量2 2、纯弯曲、纯弯曲(1) (1) 应力应变分析应力应变分析 在弯矩在弯矩M M的作用下，其最大正应力在梁的上下表面轴线方向的作用下，其最大正应力在梁的上下表面轴线方向上，其值为上，其值为 M/WM/W，表面应变为，表面应变为 MM= =/E/E，只要测得实际应变，只要测得实际应变M，梁上弯矩可由下式计算，梁上弯矩可由下式计算(a)(a)(b)(b)(c)(c)MMWEW

8、弯矩（弯矩（NmNm）抗弯截面模量（抗弯截面模量（m m4 4) )由弯曲应力产生的表由弯曲应力产生的表面实际应变，无量纲面实际应变，无量纲(2) (2) 贴片组桥贴片组桥 可将应变片贴在梁上下表面的轴线上，组成半桥或全桥接入可将应变片贴在梁上下表面的轴线上，组成半桥或全桥接入仪器，即可测得梁表面的应变值。仪器，即可测得梁表面的应变值。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量MBDKUKUU2)(40210MBDKUKUU0210)(41 1）半桥（参见图）半桥（参见图(b)(b)因为因为1M 2M , ,电桥输出为电桥输出为静态应变仪读数：

9、静态应变仪读数： 仪仪2 2 M，实际应变：实际应变： M 仪仪/ /22 2）全桥（参见图）全桥（参见图(c)(c)因为因为14M 23M ，电桥输出为，电桥输出为静态应变仪读数：静态应变仪读数： 仪仪4 4 M，实际应变：实际应变： M 仪仪/ /4青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量3 3、扭转、扭转（1 1）应力应变分析）应力应变分析 由材料力学知，当圆轴受到扭转作用时，轴表面上有最大剪由材料力学知，当圆轴受到扭转作用时，轴表面上有最大剪应力为应力为 M MN N/W/WN N，在轴表面取一单元体，在轴表面取一单元体E E，为纯剪

10、应力状态。在，为纯剪应力状态。在与轴线成与轴线成45450 0方向方向有最大正应力有最大正应力1、2，其值，其值12 ，相，相应应变应应变 1 1、 2 2，且有，且有12；由于轴表面为平面应力状态，应；由于轴表面为平面应力状态，应力应变关系如下：力应变关系如下：1211(1)(1)EEEE青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量 测出与轴线成测出与轴线成45450 0方向上的实际方向上的实际应变应变 1 1，实测轴最大剪应力实测轴最大剪应力和扭矩可由下式计算：和扭矩可由下式计算：1(1)E1(1)NNNMWW E轴表面最大剪轴表面最大剪应力

11、（应力（PaPa）扭矩（扭矩（NmNm）抗扭截面模量（抗扭截面模量（m m3 3) )（2 2）贴片组桥）贴片组桥 将应变片沿与轴线成将应变片沿与轴线成45450 0的方向粘贴，组成半桥接入仪器，的方向粘贴，组成半桥接入仪器，输出电压为：输出电压为：00121()(2 )44BDUUUKK 静态应变仪读数：静态应变仪读数： 仪仪2 2 1，轴表面上与轴线成，轴表面上与轴线成45450 0方向上方向上的实际应变：的实际应变： 1 仪仪/ /2请思考全桥方式！请思考全桥方式！青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量二、复杂受力情况下单向应力的测量

12、二、复杂受力情况下单向应力的测量 重点讨论在复杂受力情况下，如何利用不同的贴片组桥方式，重点讨论在复杂受力情况下，如何利用不同的贴片组桥方式，达到只测一种载荷而消除附加载荷的目的。达到只测一种载荷而消除附加载荷的目的。1 1、弯曲与拉伸（压缩）的组合变形、弯曲与拉伸（压缩）的组合变形（1)1)、应力应变分析、应力应变分析 由由拉力拉力F F引起的应力为引起的应力为 FF/A，在截面上均布，其应力应在截面上均布，其应力应变关系变关系 F=E F F。零件受拉、弯联合作用零件受拉、弯联合作用 由由弯矩弯矩M M在上、下表面引起的应力为在上、下表面引起的应力为 M M/W，其应力应其应力应变关系为变

13、关系为 M=E MM。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量 当拉、弯同时作用，零件上、下表面的应力、应变分别为当拉、弯同时作用，零件上、下表面的应力、应变分别为1,2/FMFAM W应力为：应力为：1,2FM应变为：应变为：只要分别单独测得只要分别单独测得 F F、 MM实际应变值，即可分别求得力实际应变值，即可分别求得力F F和弯矩和弯矩M M（2)2)、贴片、贴片上表面上表面下表面下表面R Ra a、R Rb b沿轴线方向沿轴线方向R Rc c、R Rd d沿轴线垂直方向沿轴线垂直方向各应变片所感受的应变各应变片所感受的应变: :aa

14、FMR:bbFMR:()ccFMR :()ddFMR 青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（）测弯除拉（）测弯除拉当当只测弯曲只测弯曲引起的引起的应变而消除拉伸应变时，组桥如右图，应变而消除拉伸应变时，组桥如右图，电桥输出为：电桥输出为：（）测拉除弯（）测拉除弯当当只测拉伸只测拉伸应变而应变而消除弯曲影响时，组桥如图，电桥输消除弯曲影响时，组桥如图，电桥输出为：出为：（3)3)、组桥、组桥01423()4BDUUK0=()4adbcUK0=2(1)4MUK 01423()4BDUUK0=()4abdcUK0=2(1)4FUK 青岛大学机电

15、工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量2 2、扭转、扭转、 拉伸拉伸( (压缩压缩) )、 弯曲的组合变形弯曲的组合变形扭矩扭矩Mn弯矩弯矩M（由横向力（由横向力q引起）引起）轴力轴力F问题问题：扭矩：扭矩Mn、弯矩弯矩M、力、力F综合作用，如何测取单一变形综合作用，如何测取单一变形？（1)1)、应力应变分析、应力应变分析 为了测得扭矩为了测得扭矩Mn，一般都要把应变片贴在与轴线成，一般都要把应变片贴在与轴线成45450 0的的方向上。方向上。 各种载荷在与轴线成各种载荷在与轴线成450方向上的应力应变。在圆轴前、方向上的应力应变。在圆轴前、后面各取一

16、单元体、，并将其分解，详见下图。后面各取一单元体、，并将其分解，详见下图。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量扭矩扭矩MnE E1 1F F1 1 1 1）E E1 1、F F1 1：Mn作用时的纯剪应力状态，与纯扭转变形分析相作用时的纯剪应力状态，与纯扭转变形分析相同。在同。在45450 0方向上，由方向上，由Mn作用产生的实际应变为作用产生的实际应变为 n n。 2 2）E E2 2、F F2 2：拉力：拉力F F作用时的单向应力状态，其横截面上的正应力作用时的单向应力状态，其横截面上的正应力为为 F F。在。在与轴线成与轴线成454

17、50 0截面上正应力为截面上正应力为 F F F/2。相应的实际应。相应的实际应变为变为 F F( (在与轴线成在与轴线成45450 0截面上还有剪应力，因它不影响测量，故截面上还有剪应力，因它不影响测量，故图中忽略）。注意：图中忽略）。注意： F F 与与 F F的关系由平面虎克定律决定。的关系由平面虎克定律决定。E EF F前面前面后面后面E E2 2F F2 2拉力拉力 F FE E3 3F F3 3弯矩弯矩M青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量 3 3）E E3 3、F F3 3：弯矩：弯矩M M作用时的单向应力状态，两单元横截面

18、上的作用时的单向应力状态，两单元横截面上的正应力为正应力为 mm，但符号相反。在与，但符号相反。在与轴线成轴线成45450 0截面上应力为截面上应力为 mm m/2。相应的实际应变为。相应的实际应变为 mm，两个单元应变符号相反；同样，应，两个单元应变符号相反；同样，应力力 mm 与与 m m的关系由平面虎克定律决定的关系由平面虎克定律决定（2)2)、贴片、贴片 在在E E、F F两点与两点与轴线成轴线成45450 0的方向贴的方向贴4个相同的应变片，各个相同的应变片，各应变应变片所感受的实际应变为：片所感受的实际应变为：anFmbnFm E E点点 R Ra a: :R Rb b: :cnF

19、mdnFm F F点点 R Rc c: :R Rd d: :（3)3)、组桥、组桥1 1）测）测扭扭除除拉弯拉弯 各桥臂相应的应变分别为：各桥臂相应的应变分别为：1a2b3d4c青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量1a2c3d4b01423()4BDUUK0=()4acbdUK0=(4)4nUK 静态应变仪读数：静态应变仪读数： 仪仪4 4 n，由扭矩，由扭矩M Mn n作用产生在与轴线成作用产生在与轴线成45450 0方向上的实际应变为：方向上的实际应变为： n 仪仪/ /4, ,拉、弯应变已由电桥自动消拉、弯应变已由电桥自动消除。扭矩

20、除。扭矩M Mn n为为(1)NNNnMWW E2 2）测）测弯弯除除扭拉扭拉 各桥臂相应的应变分别为：各桥臂相应的应变分别为：电桥输出：电桥输出：01423()4BDUUK0=()4abcdUK0=(4)4mUK 静态应变仪读数：静态应变仪读数： 仪仪4 4 m，由弯矩，由弯矩M M作用产生在与轴线成作用产生在与轴线成45450 0方向上的实际应变为：方向上的实际应变为： m 仪仪/ /4, ,扭、拉应变已由电桥自动消除。扭、拉应变已由电桥自动消除。由由M作用产生在与轴线成作用产生在与轴线成450截面上应力截面上应力 mm E mm/(1-)/(1-)。由于。由于沿轴线方向的弯曲应力沿轴线方

21、向的弯曲应力 mm22mm ，可计算，可计算2(1)mMEW青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量四、剪力的测量四、剪力的测量下图为一端固定的悬臂梁。在下图为一端固定的悬臂梁。在悬臂端悬臂端作用有集中力作用有集中力Q Q，由材料，由材料力学知，在整个梁的各断面上剪力相等。但无法直接用应变片力学知，在整个梁的各断面上剪力相等。但无法直接用应变片测得剪力测得剪力Q Q，可用间接方法测得。，可用间接方法测得。因剪力因剪力Q QdM/dxdM/dx，用增量法表示，用增量法表示为为Q=Q=M/M/x x，若贴片组桥如图所，若贴片组桥如图所示，则示，则

22、M=MM=M1 1-M-M2 2，x=ax=a1 1-a-a2 2，电，电桥输出为桥输出为012()4BDUUK即应变仪读数：即应变仪读数： 仪仪 1 1 2 2，剪，剪力力Q Q为为12121212()MMMEWQxaaaa代入，计算出代入，计算出Q Q弯矩变化弯矩变化青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量五、平面应力状态下测量主应力五、平面应力状态下测量主应力实际测量中，所遇到的许多结构、零件都处在平面应力状态实际测量中，所遇到的许多结构、零件都处在平面应力状态下，一般平面应力问题可分为下，一般平面应力问题可分为两种情况两种情况：1 1

23、、主应力方向、主应力方向已知已知的平面应力测量的平面应力测量只需沿相互垂直的主应力方向贴两个应变片，并采取温度补只需沿相互垂直的主应力方向贴两个应变片，并采取温度补偿措施，组成电桥（下图）。分别直接测得主应变偿措施，组成电桥（下图）。分别直接测得主应变 1 1、 2 2，再，再由由平面虎克定律平面虎克定律求出主应力。求出主应力。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量2 2、主应力方向、主应力方向未知未知的主应力测量的主应力测量若要测取某点的若要测取某点的主应力大小和方向主应力大小和方向，可在该点贴三个相互间，可在该点贴三个相互间有一定角度的

24、应变片或应变花，测取这三个方向的应变有一定角度的应变片或应变花，测取这三个方向的应变 a a、 b b、 c c，就可利用材料力学中，就可利用材料力学中应力圆应力圆理论和理论和平面虎克定律平面虎克定律求出主应求出主应力力 1 1、 2 2大小和方向大小和方向。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量第二节第二节 力的测量力的测量一一 、电阻应变式测力传感器、电阻应变式测力传感器 测力传感器种类很多，按工作原理可分为测力传感器种类很多，按工作原理可分为电阻应变式电阻应变式、电感式电感式、电容式电容式、压电式压电式、压磁式压磁式等。等。1 1、结

25、构结构球面加载头球面加载头上盖上盖压环压环弹性元件弹性元件应变片应变片外壳外壳安装螺孔安装螺孔导线接头导线接头2 2、弹性元件弹性元件 弹性元件是弹性元件是关键部件关键部件。一般由优质金属材料制。一般由优质金属材料制成，如成，如40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi、50CrVA(50CrVA(弹簧板弹簧板) )等。弹性等。弹性元件的形式和特性决定了元件的形式和特性决定了整个传感器的形式和特性整个传感器的形式和特性青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（1 1）筒型、柱型弹性元件）筒型、柱型弹性元件 一般用于较大载荷，筒型结构一

26、般用于较大载荷，筒型结构的载荷一定时，可用增加其径向尺的载荷一定时，可用增加其径向尺寸的办法来提高其工作稳定性并减寸的办法来提高其工作稳定性并减小偏心载荷的影响。小偏心载荷的影响。 当拉（压）力载荷沿中心作用当拉（压）力载荷沿中心作用时，其时，其应变值应变值为：为：FEA弹性模量（弹性模量（Pa)Pa)应变应变, ,无量纲无量纲拉拉( (压压) )力力(N)(N)截面积（截面积（m m2 2) )青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（2 2）薄壁环型弹性元件）薄壁环型弹性元件 当拉（压）力作当拉（压）力作用下，圆环各截面所用下，圆环各截面

27、所受的受的弯矩弯矩为：为：0(0.31830.5cos )MFR截面的方位角截面的方位角环的平均半径（环的平均半径（m)m)拉拉( (压压) )力（力（N N）对应于对应于 角处截面上的弯矩角处截面上的弯矩(Nm)(Nm) 在截面在截面A A和和B B处分处分别出现两个方向相反别出现两个方向相反的最大弯矩。两处的的最大弯矩。两处的应变值分别为：应变值分别为：00.3183AMFR00.1817BMFR021.908AFREbh021.092BFREbhb环的宽度（环的宽度（m)m)h环的宽度（环的宽度（m)m) 在截面在截面A A和和B B之间，有一截面弯矩为零，其对应的之间，有一截面弯矩为零

28、，其对应的 角为角为55.555.50 0青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（3 3）梁型弹性元件）梁型弹性元件 对于对于等强度悬臂梁等强度悬臂梁，其任何截面上的最大应力（或应变），其任何截面上的最大应力（或应变）都相等，其上下表面的应变值为：都相等，其上下表面的应变值为：悬臂梁式悬臂梁式两端固定梁式两端固定梁式26()FLEbh 对于对于等截面两端固定梁等截面两端固定梁，其，其中点中点上下表面的应变值为：上下表面的应变值为：23(4)FLEbh梁的长度（梁的长度（m)m)梁的宽度（梁的宽度（m)m)梁的厚度（梁的厚度（m)m)青岛大学

29、机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量（4 4）剪切轮辐式（低外形）弹性元件）剪切轮辐式（低外形）弹性元件 由上述弹性元件构成的测力传感由上述弹性元件构成的测力传感器有一个共同的器有一个共同的缺点缺点：即在相同的载：即在相同的载荷下，荷下，力的作用点力的作用点位置变化会引起较位置变化会引起较大的输出信号变化，因此抗侧向载荷大的输出信号变化，因此抗侧向载荷及抗偏心载荷能力差。及抗偏心载荷能力差。轮辐宽度（轮辐宽度（m)m)轮辐厚度（轮辐厚度（m)m) 剪切轮辐式（低外形）弹性元件剪切轮辐式（低外形）弹性元件克服克服这一这一缺点缺点。 被测力作用在被测

30、力作用在轮毂轮毂的上端面及的上端面及轮轮圈圈的下端面时，轮辐上将产生与被测的下端面时，轮辐上将产生与被测力成比例的剪切力。其最大剪应力发力成比例的剪切力。其最大剪应力发生在轮辐中间，生在轮辐中间，轮圈轮圈轮毂轮毂轮辐轮辐max3(8)Fbh 若在轮辐中间处沿主应力方向（与轮辐轴向成若在轮辐中间处沿主应力方向（与轮辐轴向成45450 0）贴应）贴应变片，则应变为：变片，则应变为：max(1)3(8)FEbh青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量 由轮辐式弹性元件制成的力传感器的主要特点：由轮辐式弹性元件制成的力传感器的主要特点： 1 1）结构

31、简单、线性好、输出灵敏度高，且重复性好、滞后小结构简单、线性好、输出灵敏度高，且重复性好、滞后小 2 2）低外形、尺寸小、质量小、安装容易且抗侧向载荷及抗偏低外形、尺寸小、质量小、安装容易且抗侧向载荷及抗偏心载荷能力强。心载荷能力强。 3 3）抗过载能力强。轮毂底部与轮圈下端有一个间隙，该间隙抗过载能力强。轮毂底部与轮圈下端有一个间隙，该间隙起过载保护作用。当载荷超过一定限度时，间隙为零，轮毂不起过载保护作用。当载荷超过一定限度时，间隙为零，轮毂不再变形而得到保护。再变形而得到保护。 4 4）温度系数低。因为整个弹性元件是一个对称的整体，其热温度系数低。因为整个弹性元件是一个对称的整体，其热膨

32、胀在各方向都是一致的。膨胀在各方向都是一致的。3 3、应变片在弹性元件上的布置与接桥方式应变片在弹性元件上的布置与接桥方式1 1）一般情况下，应变片布置在弹性元件的应变最大处。一般情况下，应变片布置在弹性元件的应变最大处。2 2）按电桥的加减特性组桥，有时也用串、并联复合法组桥。按电桥的加减特性组桥，有时也用串、并联复合法组桥。3 3）电桥的调整，如原始零点补偿、温漂补偿、灵敏度调整等电桥的调整，如原始零点补偿、温漂补偿、灵敏度调整等青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量BK4轮辐式传感器系列轮辐式传感器系列 广泛用于各种电子衡器和各种力广

33、泛用于各种电子衡器和各种力值测量，如值测量，如汽车衡、轨道衡、吊勾汽车衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤秤、料斗秤等。等。AK-1AK-1型应变式脉动压力传感器型应变式脉动压力传感器 采用外壳和膜片为一体的圆膜采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构尺寸小，安装方便频响高片结构尺寸小，安装方便频响高，精度高，性能稳定可靠。适用，精度高，性能稳定可靠。适用于各种动，静态、气、液体介质于各种动，静态、气、液体介质的压力测量。的压力测量。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量二、压磁式测力传感器二、压磁式测力传感器 利用铁磁材料的磁弹性效应制成。利用铁磁材料的磁

34、弹性效应制成。 特点特点：输出功率大、抗干扰性能好、过载能力强：输出功率大、抗干扰性能好、过载能力强、适宜在恶劣环境中长期可靠运行等。、适宜在恶劣环境中长期可靠运行等。缺点缺点：测量精：测量精度一般，频率响应低（不高于度一般，频率响应低（不高于1 12kHz)2kHz)1 1、压磁效应、压磁效应 磁致伸缩效应磁致伸缩效应：铁磁材料在磁场中磁化时，：铁磁材料在磁场中磁化时，在磁在磁场方向会伸长或缩短场方向会伸长或缩短。一些材料（如。一些材料（如Fe)Fe)在磁场方向在磁场方向伸伸长长，称为，称为正正磁致伸缩效应；一些材料（如磁致伸缩效应；一些材料（如Ni)Ni)在磁场方在磁场方向向缩短缩短，称为

35、，称为负负磁致伸缩效应；磁致伸缩效应； 偏离磁场方向的其他方向也同时伸长或缩短，只偏离磁场方向的其他方向也同时伸长或缩短，只是逐渐减小，直至接近垂直于磁场方向反而要缩短（是逐渐减小，直至接近垂直于磁场方向反而要缩短（或伸长）。或伸长）。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量 压磁效应：压磁效应：如果铁磁物体被磁化时受到限制而不如果铁磁物体被磁化时受到限制而不能伸缩，内部会产生应力；如果在它外部施力，也会能伸缩，内部会产生应力；如果在它外部施力，也会产生应力。当铁磁物体产生应力时，将使其材料磁化产生应力。当铁磁物体产生应力时，将使其材料磁化方

36、向发生变化。方向发生变化。对于正磁致材料对于正磁致材料，如果存在拉应力，如果存在拉应力，将使磁化方向转向拉应力方向，加强拉应力方向的磁将使磁化方向转向拉应力方向，加强拉应力方向的磁化，从而使拉应力方向的磁导率增大，磁阻减小；反化，从而使拉应力方向的磁导率增大，磁阻减小；反之，压应力之，压应力将使磁化方向转向垂直于压应力的方向，将使磁化方向转向垂直于压应力的方向，削弱压应力方向的磁化，从而使压应力方向的磁导率削弱压应力方向的磁化，从而使压应力方向的磁导率减小，磁阻增大。减小，磁阻增大。对于负磁致材料对于负磁致材料，情况正好相反。，情况正好相反。这种现象称为磁弹性效应，或称压磁效应。这种现象称为磁

37、弹性效应，或称压磁效应。 磁致伸缩是由于自发磁化导致物质的晶格结构变磁致伸缩是由于自发磁化导致物质的晶格结构变化，使原子间距发生变化而产生的现象。化，使原子间距发生变化而产生的现象。青岛大学机电工程学院青岛大学机电工程学院第九章第九章 应变应变 力和扭矩的测量力和扭矩的测量2 2、压磁式测力传感器的工作原理、压磁式测力传感器的工作原理 1 1）压磁元件）压磁元件 常由有正磁致伸缩效应的硅钢片粘叠常由有正磁致伸缩效应的硅钢片粘叠而成。而成。 2 2）硅钢片上冲有硅钢片上冲有4 4个孔，孔个孔，孔1 1、2 2的连线垂直于孔的连线垂直于孔3 3、4 4的连线。孔的连线。孔1 1、2 2间绕有激励线圈间绕有激励线圈W