测试技术的工程应用知识分享

1、山东理工大学机械学院测试技术的工程应用山东理工大学机械学院2直流电桥的输出加减特性直流电桥的输出加减特性直流电桥的输出电压为：直流电桥的输出电压为：132401234()()yR RR RUURRRR山东理工大学机械学院若在力作用下所产生的电阻变化分别为若在力作用下所产生的电阻变化分别为R1、R2、R3和和R4，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即，初始状态电桥的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考虑到，且考虑到RR，忽略，忽略R的高次项，的高次项，则上式可写成：则上式可写成：031244yURRRRURRRR当各桥臂应变片的灵敏度当各桥臂应变片的灵敏度K相同时，上式可改写为：相同时

2、，上式可改写为： 012344yUUK山东理工大学机械学院3单向应力状态应变测量中组桥及温度补偿单向应力状态应变测量中组桥及温度补偿 在轴向力在轴向力P作用下。试件为单向应力状态。沿构件表面的轴线方向贴作用下。试件为单向应力状态。沿构件表面的轴线方向贴工作片工作片R1,在温度补偿板上贴补偿片在温度补偿板上贴补偿片Rt，将二者组成半桥即可测得轴向，将二者组成半桥即可测得轴向应变应变 。电桥的输出为：新产品。电桥的输出为：新产品p11201BD0012111U = U444PttPpRRRURU KRRR山东理工大学机械学院实现温度补偿必须满足以下条件：实现温度补偿必须满足以下条件：补偿板和试件的

3、材料相同；补偿板和试件的材料相同；工作片、补偿片完全相同；工作片、补偿片完全相同；放在完全相同温度场中；放在完全相同温度场中；接在相邻桥臂。接在相邻桥臂。4拉（压）应变测量中弯矩影响的消除拉（压）应变测量中弯矩影响的消除工作片在上、下表面对称粘贴，由加工作片在上、下表面对称粘贴，由加减特性可知，这样可以消除因加载偏减特性可知，这样可以消除因加载偏心而造成的附加弯矩。其中全桥接法心而造成的附加弯矩。其中全桥接法的输出是半桥接法的二倍。的输出是半桥接法的二倍。山东理工大学机械学院5用全桥提高应变测量的灵敏度用全桥提高应变测量的灵敏度这样布片实现了温度自补偿，又得到这样布片实现了温度自补偿，又得到了

4、最大输出应变值，还消除了因加载了最大输出应变值，还消除了因加载偏心而造成的附加弯矩。此时：偏心而造成的附加弯矩。此时： 6平面应力状态下主应力测量数据采集平面应力状态下主应力测量数据采集 已知主应力方向已知主应力方向 例如承受内压的薄壁圆筒形容器的筒体，其主应力方向是已知的。例如承受内压的薄壁圆筒形容器的筒体，其主应力方向是已知的。这时只需要沿两个互相垂直的主应力方向各贴一片应变片，另外再这时只需要沿两个互相垂直的主应力方向各贴一片应变片，另外再采取温度补偿措施，就可以直接测出主应变。其贴片和接桥方法如采取温度补偿措施，就可以直接测出主应变。其贴片和接桥方法如下图所示。先测出应变值，再由虎克定

5、律计算出主应力，即下图所示。先测出应变值，再由虎克定律计算出主应力，即 12 1 仪山东理工大学机械学院 主应力方向未知平面应力状态主应力方向未知平面应力状态 当平面应力的主应力当平面应力的主应力 1和和2的大小及方向都未知时，需对一个测点贴三的大小及方向都未知时，需对一个测点贴三个不同方向的应变片，测出三个方向的应变，才能确定主应力个不同方向的应变片，测出三个方向的应变，才能确定主应力 1和和 2及及主方向角主方向角 三个未知量。三个未知量。 下图表示边长为x和y、对角线长为l的矩形单元体。设在平面应力状态下，与主应力方向成角的任一方向的应变为，即图中对角线长度l的相对变化量。11221E2

6、2121E山东理工大学机械学院由于主应力由于主应力 x、 y的作用，该单元体在的作用，该单元体在X、Y方向的伸长量为方向的伸长量为x、y，如图，如图6-6(a)、(b)所示，该方向的应变为所示，该方向的应变为 x=x/x、 y=y/y；在切应力；在切应力xy作用下，使原直角作用下，使原直角XOY减小减小 xy，如，如图图6-6(c)所示，即切应变所示，即切应变 xy=x/y。这三个变形引起单元体对。这三个变形引起单元体对角线长度角线长度l的变化分别为的变化分别为xcos 、ysin 、y xy cos ，其应，其应变分别为变分别为 xcos2 、 ysin2 、 xysin cos 。当。当

7、x、 y、 xy同时发生时，则对角线的总应变为上述三者之和，可表示为同时发生时，则对角线的总应变为上述三者之和，可表示为cossinsincos22xyyx山东理工大学机械学院二、力参数测量的应用二、力参数测量的应用1轧制力测量轧制力测量广泛采用两种测量轧制力的方法：广泛采用两种测量轧制力的方法：一、通过测量基架立柱的拉伸应变测量轧制力，又称应力测量法；一、通过测量基架立柱的拉伸应变测量轧制力，又称应力测量法；二、用专门设计的测力传感器直接测量轧制压力，至于所用的变换原理及二、用专门设计的测力传感器直接测量轧制压力，至于所用的变换原理及传感器形式，则有电阻应变式、压磁式、电容式及电感式等。传感

8、器形式，则有电阻应变式、压磁式、电容式及电感式等。 闭口牌坊，轧制时轧机牌坊力柱同时受拉应力 p 和弯曲应力 N，其应力分布图如下图：山东理工大学机械学院2切削力测量切削力的测量是一种比较典型的多向动态力测量。切削力信号是复杂的信号，一般情况下是随机信号。 山东理工大学机械学院三、扭矩的测量 1扭矩测量中应变计的布置和组桥方法；2扭矩信号的传输；第二节 温度的测量1温度的测量方法；2热电偶和热电阻；3）常用热电偶的基本要求物理化学性能稳定； 测量温度范围宽；热电性能好； 电阻温度系数小；有良好的机械加工性能； 价格便宜，并尽量少用稀有及贵重金属。 山东理工大学机械学院4）热电偶的温度补偿法）热

9、电偶的温度补偿法使用补偿导线的优点在于：使用补偿导线的优点在于：（1）可以改善热电回路的机械和物理特性，如使用软的或硬而细的补偿）可以改善热电回路的机械和物理特性，如使用软的或硬而细的补偿导线，可以增加一部分回路的柔软可挠性；导线，可以增加一部分回路的柔软可挠性；（2）补偿导线同样还可以用来调整回路的电阻值和屏蔽外界干扰；）补偿导线同样还可以用来调整回路的电阻值和屏蔽外界干扰；（3）补偿导线还可以把温度测量的信号从现场传送到集中控制室或温度）补偿导线还可以把温度测量的信号从现场传送到集中控制室或温度恒定的场所。恒定的场所。2热电阻热电阻 热电阻感温元件的电阻与温度关系特性可以用列表法来表示，简

10、称热电阻感温元件的电阻与温度关系特性可以用列表法来表示，简称为为“分度表分度表”。分度表是通过大量的实验，测试并经过数据处理以后获得。分度表是通过大量的实验，测试并经过数据处理以后获得。 山东理工大学机械学院3非接触式温度计非接触式温度计 1全辐射温度计 2光学高温计和光电高温计3比色高温计第三节第三节 流体参数的测量流体参数的测量 1流量计流体的流量分为体积流量和质量流量，分别表示某瞬时单位时间内流过管道某一截面处流体的体积或质量。 2流量计的分类1）差压式流量计 2）流体阻力式流量计 3）测速式流量计 （4）热量流量计 （5）标志法测速流量计 山东理工大学机械学院（1） 流速方程式如上图所示，超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度c被流体流速所减慢，为：12mLXcvtL山东理工大学机械学院2) 多普勒（效应）法多普勒（效应）法USF是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。 coscosBAcvffcv山东理工大学机械学院3.多普勒法优缺点和局限性多普勒法优缺点和局限性1） 优点USF可作非接触测量多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。2) 缺点和局限性传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。外夹装换能器的USF