工程测试技术-第3章7节电阻应变式扭矩测量及其标定方法.ppt

第七节 电阻应变式扭矩测量及其标定方法 一、扭矩的测量方法,1. 贴片及组桥方法 一般传动轴扭矩的测量通过在传动轴上粘贴电阻应变片的方式，易于实现。 贴片时，应该使电阻应变片栅丝的方向与传动轴圆柱面的母线成 45 或 135 。（重要概念） 用4个单片或2个双片组成全桥。,2. 供电及信号传输方式 在工程应用中，连续旋转的传动轴扭矩测量的供电和信号传输分为有线方式和无线方式。,（1）有线方式 通过滑环（集流环）和电刷，把供桥电源送到传动轴上，把测量电桥的输出电压信号引出。,（2）无线方式 A. 传动轴上捆绑电池供电，用无线方式将测量电桥的输出信号传输出来。,B. 用旋转变压器（转子线圈和定子线圈）的原理，以无线方式向传动轴上传输电能，用无线方式将测量电桥的输出信号传输出来。,3. 有线方式的供电和信号引出 有线方式的供电和信号的引出都是通过滑环和电刷接触导电实现的。,滑环一般是用铜制成。电刷分为碳刷和金属刷。由于测量电桥输出的电压信号非常微弱，为了保证输出信号准确，要求滑环与电刷之间的接触电阻稳定。,正规的电刷有径向接触式和轴向接触式。,简易的电刷可采用张弦式电刷。,二、扭矩测量的标定方法 扭矩测量一般很难直接标定，通常采用间接标定方法。,1.小轴标定 制作一个小轴，要求其材质、热处理、应变片及组桥都与被标定的传动轴一致。,通过在臂杆的端部加挂砝码，对小轴形成力矩（扭矩）Mns，可以测出小轴上的剪应力（剪应变）,（1）,式中 Wns小轴的抗扭截面系数，如果是实心轴,（2）,式中 d小轴的直径。,同样的剪应力（剪应变）的信号取自设备传动轴时，这个剪应力所代表传动轴上的扭矩 Mnb 为,（3）,式中 Wnb传动轴的抗扭截面系数，实心传动轴的抗扭截面系数为,（4）,式中 D传动轴的直径。 把（1）、（2）和（4）式代入（3）式,（5）,这就是小轴标定的关系式，通过已知的作用在小轴上的扭矩的大小和传动轴与小轴直径之比，就可以确定传动轴上的扭矩。,2. 并联电阻标定 小轴标定在使用中有一定的局限性，因此在工程实际中经常采用并联电阻的方法进行传动轴的扭矩标定。,U0,U y,R1,R2,R4,R3,RC,在传动轴扭矩测量应变片组成的电桥上，选择一个桥臂，并联一个大电阻RC，模拟由扭矩引起的应变片的阻值变化。,并联电阻标定的思路： Mni R RC,由扭转条件下的纯剪切应力状态可知， 1 ， 2 。根据扭转的纯剪切应力状态可以得到以下关系式：,1,1,2,2,（6）,（7）,由,可以得到,注意：并联电阻RC产生的R应该相当于4个桥臂测量扭矩时产生的阻值变化量之和，即,（8）,根据电阻并联时阻值变化关系可知,（9）,由此可以得到,（10）,在初选电阻时，先确定几个要标定的扭矩值 Mn，用（6）（10）式，计算得到相应的几个并联电阻的阻值，参照这几个阻值去挑选电阻。,选好电阻后，根据选定的阻值，用（9）（6）式反算出这些阻值在标定时对应的扭矩值。,标定时，把选好的电阻顺序并联到电桥的一个臂上，测量并记录电桥的输出电压值，