测试技术9力扭矩压力的测量
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扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上,组成测量电桥,见图1。
用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力,从而计算出扭矩值。
其优点是可直接测量传动轴的扭转变形,减少了由主电机功率和转速推算的间接影响因素。
图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图Fig。
1 Strain gage distribution and builing bridge by torquemeasuring on a driving axis由材料力学可知，扭矩的计算公式为M＝τW（1)式中M-—传动轴承受的扭矩;τ-—传动轴承受的剪切力；W——抗扭断面系数（对实心圆轴).式中D——传动轴直径。
则M＝0。
2τD3 （3) 因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应力σ1和最小主应力σ3，其绝对值均等于最大剪应力τ,即根据虎克定律，剪应力为式中E——传动轴材料的弹性模量；μ--传动轴材料的泊桑比;ε—-传动轴的应变.由式（3）可知，扭矩与应变呈线性关系。
扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。
目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。
有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。
冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。
传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。
该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈,经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。
测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。
图 2 扭矩测量框图Fig。
2 Block draft of the torgue measurement1—应变电桥；2-振荡器;3—发送线圈;4—接收线圈；5—鉴别器；6—计算机；7-传动轴。
应变力和扭矩的测试
应变片是细金属线，它伸 长时电阻变大，缩短时电阻变 小。
力---变形---电阻
3.1.1电阻应变片旳工作原理
电阻应变片是利用电阻应变效应测量应变 旳传感器。
电阻应变效应，就是导体或半导体在受到 外力旳作用下，会产生机械形变，从而造成其 电阻值发生变化旳现象。
应变：单位长度上旳变形。
选择应变片旳材料得当,能够使应变片旳输入(应变值)和它 旳输出(电阻变化率)成线性关系.
若导体的长度为L，截面积为A，电阻率为，则电阻R为
R=
L A
式中L、A、三个参数的变化都会引起电阻的变化，其变化值为dR
dR
dL
A
L A
d
L
A2
dA
方程式两边都除以R，由于R L ,则可得
A
dR dL d dA R L A
若导体截面为圆形，则A r 2 , dA 2 rdr,
例单晶体半导体在外力作用下，原子点阵排列 规律发生变化，导致载流子迁移率及载流浓度 的变化，从而引起电阻率的变化。
• 半导体应变计
•优点：应变敏捷度大;体积小 •缺陷：温度稳定性和可反复性不如金属应变片
金属应变片和半导体应变片主要区别： 前者是利用导体变形引起电阻的变化； 后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。
• 故电压输出仅与F引起旳弯曲变形有关。F作用使
上 压面应R1应变变，R片其1=电阻R 变产化生R量拉2 =应-变RR2，下面旳
产生
为
，
，则反应力F大小旳
输出电压为:
R u0 2R0 ui
• 如要进一步提升电桥旳敏捷度，可采用全桥。
当 R1 R2 R3 R4 R0
R1 =R2 =R3 =R4 R
1
力---变形---电阻
3.1.1电阻应变片旳工作原理
电阻应变片是利用电阻应变效应测量应变 旳传感器。
电阻应变效应，就是导体或半导体在受到 外力旳作用下，会产生机械形变，从而造成其 电阻值发生变化旳现象。
应变：单位长度上旳变形。
选择应变片旳材料得当,能够使应变片旳输入(应变值)和它 旳输出(电阻变化率)成线性关系.
若导体的长度为L，截面积为A，电阻率为，则电阻R为
R=
L A
式中L、A、三个参数的变化都会引起电阻的变化，其变化值为dR
dR
dL
A
L A
d
L
A2
dA
方程式两边都除以R，由于R L ,则可得
A
dR dL d dA R L A
若导体截面为圆形，则A r 2 , dA 2 rdr,
例单晶体半导体在外力作用下，原子点阵排列 规律发生变化，导致载流子迁移率及载流浓度 的变化，从而引起电阻率的变化。
• 半导体应变计
•优点：应变敏捷度大;体积小 •缺陷：温度稳定性和可反复性不如金属应变片
金属应变片和半导体应变片主要区别： 前者是利用导体变形引起电阻的变化； 后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。
• 故电压输出仅与F引起旳弯曲变形有关。F作用使
上 压面应R1应变变，R片其1=电阻R 变产化生R量拉2 =应-变RR2，下面旳
产生
为
，
，则反应力F大小旳
输出电压为:
R u0 2R0 ui
• 如要进一步提升电桥旳敏捷度，可采用全桥。
当 R1 R2 R3 R4 R0
R1 =R2 =R3 =R4 R
1
扭矩测量方法范文
扭矩测量方法范文扭矩是指物体受到力矩作用时产生的转动效果。
扭矩测量是工程领域中一个重要的参数，可以用于设计和控制机械设备的运行。
下面将介绍几种常见的扭矩测量方法。
1.力臂法力臂法是最常见也是最简单的测量扭矩的方法。
该方法通过应用一个已知力在一个已知力臂上，使其作用在待测物体上，然后通过测量旋转角度和测力板的读数来计算扭矩。
这种方法适用于小扭矩的测量，如手动工具中的扭矩。
2.拉力式扭矩传感器拉力式扭矩传感器是一种常用的扭矩测量装置。
该传感器由一个静态力传感器和一个力臂组成。
力传感器通常是应变片，通过测量应变片上的电信号来计算扭矩。
力臂的长度和结构可以根据需要进行设计和调整，以适应不同的测量需求。
3.电流感应扭矩测量电流感应扭矩测量是一种非接触的测量方法。
该方法通过感应待测物体表面的电流来测量扭矩。
当扭矩产生时，磁场的分布会发生变化，导致感应电流的变化。
通过测量感应电流的变化来计算扭矩。
这种方法适用于高速旋转的设备，如发动机和电机。
4.表面应变法表面应变法通过测量待测物体表面的应变来计算扭矩。
该方法常用于大型设备的扭矩测量。
它通常使用应变片或电阻应变片贴在待测物体表面，通过测量应变片上的应变分布来计算扭矩。
5.光学测量法光学测量法是一种基于光学原理的扭矩测量方法。
该方法使用光学传感器和光栅或编码器来测量转子的旋转角度和速度，然后通过转子的转动惯量和测得的角度和速度来计算扭矩。
这种方法适用于高精度和高速度的扭矩测量。
综上所述，扭矩测量方法根据不同的应用需求和测量精度可以选择不同的方法。
无论采用何种方法，正确的选择和使用扭矩传感器是关键。
另外，由于扭矩测量可能涉及到高速旋转设备和高压环境，操作人员需具备一定的安全意识和操作技能。
机械工程测试技术-应变力与扭矩测量
冲击法：
将待定的测力传感器安放在有足够质量的基础上，用一个质量 为m的钢球从确定的高度h自由落下，当钢球冲击传感器时，由 传感器所测得的冲击力信号经放大后输入瞬态波形存储器，或 直接输入信号分析仪，即可得到如图b所示的波形。图中0～t1 为冲击力作用时间，点画线为冲击力波形，实线为实际的输出 波形，t1～t段为自由衰减振荡信号，它和0～t1段中叠加在冲 击力波形上的高频分量反映了传感器的固有特性，对其作进一 步分析处理，可获得测力传感器的动态特性。
a）冲击法测力装置 b）冲击力和传感器
输出波形
第三节 扭矩的测量
一、应变式扭矩传感器的工作原理 应变式扭矩传感器所测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变。 从材料力学得知，该主应变和所受到的扭矩成正比关系。也可 利用弹性体把转矩转换为角位移，再由角位移转换成电信号输 出。
用于测量扭矩的弹性轴
把这种弹性轴联接在驱动源和负载之间，弹性轴就会产生扭转， 所产生的扭转角为
四、其他类型的扭矩传感器
转轴受扭矩作用后，产生扭转变形，两横截面的相对扭转角 与扭矩成正比。利用光电式、感应式等传感器可以测得相对 扭转角，从而测得扭矩。
▲光电式扭矩传感器
光电式扭矩传感器是在转轴上固定两圆盘光栅。在未承受扭 矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，没有光线透过光栅照 射到光敏元件，也无输出。当转轴受扭矩后，扭转变形将两 光栅相对转过一角度，使部分光线透过光栅照射到光敏元件 上而产生输出、扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光量愈 多，输出愈大，从而可测得扭矩。
静态标定通常在特制的标定台上进行。所施加的标准力的大小 和方向都应十分精确，其力值必须符合计量部门有关量值传递 的规定和要求。通常标准力的量值用砝码或标准测力环来度量。 标定时采用砝码-杠杆加载系统、螺杆-标准测力环加载系统、 标准测力机加载等。
将待定的测力传感器安放在有足够质量的基础上，用一个质量 为m的钢球从确定的高度h自由落下，当钢球冲击传感器时，由 传感器所测得的冲击力信号经放大后输入瞬态波形存储器，或 直接输入信号分析仪，即可得到如图b所示的波形。图中0～t1 为冲击力作用时间，点画线为冲击力波形，实线为实际的输出 波形，t1～t段为自由衰减振荡信号，它和0～t1段中叠加在冲 击力波形上的高频分量反映了传感器的固有特性，对其作进一 步分析处理，可获得测力传感器的动态特性。
a）冲击法测力装置 b）冲击力和传感器
输出波形
第三节 扭矩的测量
一、应变式扭矩传感器的工作原理 应变式扭矩传感器所测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变。 从材料力学得知，该主应变和所受到的扭矩成正比关系。也可 利用弹性体把转矩转换为角位移，再由角位移转换成电信号输 出。
用于测量扭矩的弹性轴
把这种弹性轴联接在驱动源和负载之间，弹性轴就会产生扭转， 所产生的扭转角为
四、其他类型的扭矩传感器
转轴受扭矩作用后，产生扭转变形，两横截面的相对扭转角 与扭矩成正比。利用光电式、感应式等传感器可以测得相对 扭转角，从而测得扭矩。
▲光电式扭矩传感器
光电式扭矩传感器是在转轴上固定两圆盘光栅。在未承受扭 矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，没有光线透过光栅照 射到光敏元件，也无输出。当转轴受扭矩后，扭转变形将两 光栅相对转过一角度，使部分光线透过光栅照射到光敏元件 上而产生输出、扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光量愈 多，输出愈大，从而可测得扭矩。
静态标定通常在特制的标定台上进行。所施加的标准力的大小 和方向都应十分精确，其力值必须符合计量部门有关量值传递 的规定和要求。通常标准力的量值用砝码或标准测力环来度量。 标定时采用砝码-杠杆加载系统、螺杆-标准测力环加载系统、 标准测力机加载等。
测试技术 第十章 力、扭矩和压力的测量
三、压力——静止的流体垂直作用在单位面积上的力
单位：帕斯卡（Pa） 1 Pa = 1N / m2 1、大气压力：大气自重所产生的压力，即气压。 2、表压力：在环境大气压力作参考压力的差压。 3、绝对压力：相对绝对真空所测得的压力。 4、正压力：绝对压力高于大气压的表压力 5、负压力：…………低于……压力时，大气压力与绝对压力之差。 6、真空度：低于大气压力的绝对压力
§1 力的测量 一、力的测量方法
1、利用动力效应测力 动力效应使物体产生加速度，测定了物体的质量及 所获得的加速度大小就测定了力值。 2、利用静力效应测力 静力效应是物体产生变形，通过测量物体的变形量 或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力值。 如：测量变形用差动变压器、激光干涉等方法 利用与力有关的物理效应：压电效应、压磁效应等
两种常用方法：
– 转轴应变测量。如应变式、压磁式 – 转轴两横截面相对扭转角测量。如磁电式、光电式
一、应变式扭矩测量
二、压磁式扭矩测量
三、磁电式扭矩测量
四、光电式扭矩测量
§3 压力的测量
一、压力的量值传递系统 见表7-5
二、压力的测量方法
1、液压式测压法 如：液体式压力计 2、弹性变形测压法 如：膜盒压力计 3、负荷测压法 如：活塞式压力计 4、电学量测压法 如：将压力转换成电阻、电容、电感等。 各类型电学量压力表见下表：
电子皮带称方法见图7-18
W G ( t )v ( t ) / Ldt
0 T
– L =（L1+L2）/2 ——有效称量段 – G（t）——作用于称重框架上的瞬时物料重量
B、测长法
每当皮带移动一端距离S时，测量一次称重辊上的重量， 在某段时间内，皮带移动距离为nS时，运送物料的总 n 重量为：
扭矩的测量方法
扭矩的测量方法
扭矩的测量方法主要有以下几种：
1.扭力扳手：通过扭力扳手可以测量扭矩，根据扭力扳手的读数
和所使用的力矩，可以计算出扭矩。
2.扭矩传感器：通过在转动轴上安装扭矩传感器，可以实时测量
扭矩。
传感器将扭矩转换为电信号或数字信号，然后通过仪表或计算机进行读取和处理。
3.扭力计：扭力计是一种专用的测量扭矩的仪器，它通常由一个
固定部分和一个可以转动的部分组成。
通过测量转动部分相对于固定部分的扭角或转角，可以计算出扭矩。
4.扭力天平：扭力天平是一种用于测量扭矩的精密仪器，它可以
测量微小的扭矩。
扭力天平通常由一个可以在转轴上旋转的称重元件和一个固定元件组成。
通过测量旋转过程中产生的离心力或惯性的力，可以计算出扭矩。
总之，测量扭矩的方法有很多种，具体使用哪种方法取决于测量精度、测量范围和设备条件等因素。
测试技术扭矩的测量
u0
1 4
( R1
R
R2
R
R3
R
R4
R
)ue
当各桥臂应变片的灵敏度相同时，则上式可改写为
u0
1 4
S (1
2
3
4 )ue
（电桥和差特性）
半桥单臂 半桥双臂 全桥
u0
1 4
ue S
u0
1 2
ue S
u0 ueS
（R1产生+ΔR） （R1产生+ΔR 、R2产生-ΔR） （R1、R3产生+ΔR 、R2、R4产生-ΔR）
a）直角形应变花 b）等边三角形应变花 c）T-△形应变花 d）双直角形应变花
三、影响测量的因素及其消除方法
1．温度的影响及温度补偿 在测试操作中注意需满足以下三个条件： 1）工作片和补偿片必须是相同的。 2）补偿板和待测试件的材料必须相同。 3）工作片和补偿片的温度条件必须是相同的或位于同一温度 环境下。 2．减少贴片误差 3．力求应变片实际工作条件和额定条件的一致 4．排除测量现场的电磁干扰 5．测点的选择
关于在弯曲、扭转和拉（压）、弯、扭复合等其他典型载荷下， 应变片的布置和接桥方法可参阅有关专著。
轴向拉伸（或压缩）载荷下应变测试的应变片的布置和接桥方法
5．应变片的选择及应用 （1）试件的测试要求 应变片的选择应从满足测试精度、所测应变的性质等方面考虑。
（2）试验环境与试件的状况
试验环境对应变测试的影响主要是通过温度、湿度等因素起作 用。试件本身的状况同样是选用应变片的重要依据之一。
第二节 力的测量
当力施加于某一物体后，将产生两种效应：一是使物体变形的 效应，二是使物体的运动状态改变的效应。
由胡克定律可知：弹性物体在力的作用下产生变形时，若在弹 性范围内，物体所产生的变形量与所受的力值成正比。因此只 需通过一定手段测出物体的弹性变形量，就可间接确定物体所 受力的大小。
力扭矩压力的测量培训
详细描述
压力是一个标量，表示物体单位面积上所受的正压力。它的大小等于施加在物体 上的力除以受力面积。压力可以由重力、弹性形变、流体动压等产生。在气体或 液体中，压力与流体的密度和速度有关。
02 力、扭矩、压力的测量工具
力测量工具
01
02
03
测力计
用于测量力的仪器，根据 力的作用原理，可分为弹 簧测力计、电子测力计等 。
04 力、扭矩、压力测量的应用场景
力测量的应用场景
01
工业生产
在生产线中，力是重要的参数之一，对产品的质量、生产效率和安全性
都有影响。通过力测量，可以监测和控制生产过程中的力，确保生产过
程的稳定性和产品质量。
02
交通运输
在交通运输领域，力测量对于车辆和船舶的性能优化、安全性和稳定性
至关重要。例如，对汽车发动机的输出扭矩进行测量，可以评估车辆的
力扭矩压力的测量培训
• 力、扭矩、压力的基本概念 • 力、扭矩、压力的测量工具 • 力、扭矩、压力的测量方法
• 力、扭矩、压力测量的应用场景 • 力、扭矩、压力测量的注意事项
01 力、扭矩、压力的基本概念
力
总结词
力是物体之间的相互作用，是改变物体运动状态的原因。
详细描述
力是一个矢量，具有大小和方向两个基本属性。根据牛顿第 三定律，力是物体之间的相互作用，作用力和反作用力大小 相等、方向相反。力可以改变物体的运动状态，包括速度和 加速度。
测量精度
选择具有足够测量精度的压力 测量仪器，以确保测量结果的 准确性。
校准
定期对压力测量仪器进行校准 ，以确保其准确性。
环境因素
注意环境因素（如温度、湿度 、压力等）对压力测量的影响 ，尽量在恒定环境下进行测量
压力是一个标量，表示物体单位面积上所受的正压力。它的大小等于施加在物体 上的力除以受力面积。压力可以由重力、弹性形变、流体动压等产生。在气体或 液体中，压力与流体的密度和速度有关。
02 力、扭矩、压力的测量工具
力测量工具
01
02
03
测力计
用于测量力的仪器，根据 力的作用原理，可分为弹 簧测力计、电子测力计等 。
04 力、扭矩、压力测量的应用场景
力测量的应用场景
01
工业生产
在生产线中，力是重要的参数之一，对产品的质量、生产效率和安全性
都有影响。通过力测量，可以监测和控制生产过程中的力，确保生产过
程的稳定性和产品质量。
02
交通运输
在交通运输领域，力测量对于车辆和船舶的性能优化、安全性和稳定性
至关重要。例如，对汽车发动机的输出扭矩进行测量，可以评估车辆的
力扭矩压力的测量培训
• 力、扭矩、压力的基本概念 • 力、扭矩、压力的测量工具 • 力、扭矩、压力的测量方法
• 力、扭矩、压力测量的应用场景 • 力、扭矩、压力测量的注意事项
01 力、扭矩、压力的基本概念
力
总结词
力是物体之间的相互作用，是改变物体运动状态的原因。
详细描述
力是一个矢量，具有大小和方向两个基本属性。根据牛顿第 三定律，力是物体之间的相互作用，作用力和反作用力大小 相等、方向相反。力可以改变物体的运动状态，包括速度和 加速度。
测量精度
选择具有足够测量精度的压力 测量仪器，以确保测量结果的 准确性。
校准
定期对压力测量仪器进行校准 ，以确保其准确性。
环境因素
注意环境因素（如温度、湿度 、压力等）对压力测量的影响 ，尽量在恒定环境下进行测量
力、扭矩、压力及测量
将应变计安装在处于单向应力状态的试件表面，应变计电阻值的相对变 化（ΔR/R）与其轴向应变(ε)的比值称为应变计的灵敏系数（K）。K值由 抽样试验确定，试验精度要求较高时，可用等强度梁或等弯距梁标定。
2)可测应变范围 应变计的最小可测应变量决定于应变计的灵敏系数及测量仪器的灵敏度，
常用应变仪可测最小应变为１微应变，记作1με（1με=10-6）。可测最大应变 取决于应变计的强度、线性范围及粘结剂的效能。
(1+)倍， 不能消除
偿
(1 ) 拉伸的影
响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
第一节 力的测量
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
第一节 力的测量
3)温度的影响 应变计的电阻温度系数是其安装在试件上时单位温度变化所产生的电阻
相对变化量。电阻应变计的热输出是不能忽略的，可利用电桥特性进行温 度补偿，也可采用温度自补偿应变计。 4)应变计的横向效应
电阻应变计的敏感栅有横向的部分，其对应变计电阻变化的影响与纵向 部分不同。应变计的横向灵敏系数与纵向灵敏系数的比值称为横向效应系 数。箔式应变计的横向效应可以忽略。丝式应变计的使用条件与其标定条 件不同时，要考虑对测量结果作修正。
第一节 力的测量
2. 其它测力传感器
(1) 电容式测力传感器
在矩形的特殊弹性元件上，加工若干个贯通
的圆孔，每个圆孔内固定两个端面平行的丁字 形电极，每个电极上贴有铜箔，构成由多个平 行板电容器并联组成的测量电路。在力F作用 下，弹性元件变形使极板间矩发生变化，从而 改变电容量。
2)可测应变范围 应变计的最小可测应变量决定于应变计的灵敏系数及测量仪器的灵敏度，
常用应变仪可测最小应变为１微应变，记作1με（1με=10-6）。可测最大应变 取决于应变计的强度、线性范围及粘结剂的效能。
(1+)倍， 不能消除
偿
(1 ) 拉伸的影
响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
第一节 力的测量
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
第一节 力的测量
3)温度的影响 应变计的电阻温度系数是其安装在试件上时单位温度变化所产生的电阻
相对变化量。电阻应变计的热输出是不能忽略的，可利用电桥特性进行温 度补偿，也可采用温度自补偿应变计。 4)应变计的横向效应
电阻应变计的敏感栅有横向的部分，其对应变计电阻变化的影响与纵向 部分不同。应变计的横向灵敏系数与纵向灵敏系数的比值称为横向效应系 数。箔式应变计的横向效应可以忽略。丝式应变计的使用条件与其标定条 件不同时，要考虑对测量结果作修正。
第一节 力的测量
2. 其它测力传感器
(1) 电容式测力传感器
在矩形的特殊弹性元件上，加工若干个贯通
的圆孔，每个圆孔内固定两个端面平行的丁字 形电极，每个电极上贴有铜箔，构成由多个平 行板电容器并联组成的测量电路。在力F作用 下，弹性元件变形使极板间矩发生变化，从而 改变电容量。
第九章-应变、力、扭矩与压力测量
一、应变的测量
1、应变的测量原理
将应变片贴在受力件上，应变片与受力件表面同时发生 变形，产生电阻的变化，通过测量电路即可产生与变形成 比例的模拟信号，最后换算成应变的大小。
2、应变测量装置
电阻应变仪：将应变片的电阻变化转变为电压或电流变 化,然后进行放大,一般采用调幅放大电路。
徐州工程学院机电学院
动态标定：输入一个动态激励力，测出相应的输出，然后 确定出传感器的频响特性等
9.3 扭矩的测量
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扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是Nm。扭矩的测 量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法 最常用。
一、 扭矩传感器的工作原理
对固定参数的弹性轴，转矩作用于弹性轴时，产生 的扭转角、应力、应变与转矩成正比，因此，只要测出扭 转角、应力或应变，即可得到扭矩的大小。按扭矩信号的 产生方式不同，可以将传感器设计为光电式、光学式、磁 电式、应变式、电容式、等各种形式。
环式弹性元件 分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的 弯曲变形测力，结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。
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应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
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荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向 变短，径向变长。
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F
F
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三、影响测量的因素及消除方法
1、温度的影响及补偿 温度补偿法一般采用温度自补偿应变片或电路补偿片，后者 的原理是利用补偿片贴在不受力的同温度、同材料的补偿件 上，利用电桥的和差特性使温度引起的输出为零。
2、贴片误差 贴片方向应和主应力方向一致。 3、应变片的实际工作条件与额定条件的差异 标定材料与被试材料、应变片的名义电阻与桥接电阻 4、电磁干扰 5、测点的选择
1、应变的测量原理
将应变片贴在受力件上，应变片与受力件表面同时发生 变形，产生电阻的变化，通过测量电路即可产生与变形成 比例的模拟信号，最后换算成应变的大小。
2、应变测量装置
电阻应变仪：将应变片的电阻变化转变为电压或电流变 化,然后进行放大,一般采用调幅放大电路。
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动态标定：输入一个动态激励力，测出相应的输出，然后 确定出传感器的频响特性等
9.3 扭矩的测量
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扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是Nm。扭矩的测 量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法 最常用。
一、 扭矩传感器的工作原理
对固定参数的弹性轴，转矩作用于弹性轴时，产生 的扭转角、应力、应变与转矩成正比，因此，只要测出扭 转角、应力或应变，即可得到扭矩的大小。按扭矩信号的 产生方式不同，可以将传感器设计为光电式、光学式、磁 电式、应变式、电容式、等各种形式。
环式弹性元件 分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的 弯曲变形测力，结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。
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应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
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荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向 变短，径向变长。
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F
F
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三、影响测量的因素及消除方法
1、温度的影响及补偿 温度补偿法一般采用温度自补偿应变片或电路补偿片，后者 的原理是利用补偿片贴在不受力的同温度、同材料的补偿件 上，利用电桥的和差特性使温度引起的输出为零。
2、贴片误差 贴片方向应和主应力方向一致。 3、应变片的实际工作条件与额定条件的差异 标定材料与被试材料、应变片的名义电阻与桥接电阻 4、电磁干扰 5、测点的选择
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R3
补
桥a
式
R2
c偿
R4
d
弯曲最大 输出电压 应变 提高一倍， 且可消除 拉伸的影 响
弯曲最大 应变
输出电 压提高到
2(1+)
倍，且可
消除拉伸
的影响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui —供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
测试技术9力扭矩压力的测量
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (2/23)
9.1.1 应力、应变的测量 (Measurement of Stress and Strain)
应力、应变测量方法 应用应变片和应变仪测量构件的表面应变，根据应变和应力、力 之间的关系，确定构件的受力状态。
电阻应变仪的分类 静态电阻应变仪 用以测量静态载荷下的应变，以及变化十分缓 慢或变化后能很快稳定下来的应变； 静动态电阻应变仪 工作频率为0～200 Hz，用以测量静态应变或 频率在200 Hz以下的低频动态应变； 动态电阻应变仪 工作频率为0～2 000 Hz，用以测量2 000 Hz以下 的动态应变； 超动态电阻应变仪 工作频率为0～20 000 Hz，用以测量爆炸冲击 等瞬态变化过程下的超动态应变。
测试技术9力扭矩压力的 测量
2020/11/25
测试技术9力扭矩压力的测量
9.0 序 (Introduction)
力、扭矩、压力测量的目的：
力是最基本和最常见的工作载荷，也是其他载荷形式和有关 物理量（弯矩、扭矩、应力、功、功率及刚度等）的基本因 素；
通过力、扭矩和压力的测量，分析构件的受力状况和工作状 态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。
在国际单位制中，力是一个导出量，由质量和加速度的乘积来定 义。力的基准量取决于质量、时间和长度的基准量。
测试技术9力扭矩压力的测量
9.1 力的测量 (Measurement of Force)
9.1.0 力的测量方法
静力效应测力 力的静力效应使物体产生变形，通过测定物体的变 形量或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力值。 例如，用差动变压器、激光干涉等方法来测定弹性体变形或利用与 力有关的物理效应，如压电效应、压磁效应等达到测力的目的。 动力效应测力 力的动力效应使物体产生加速度，测定了物体的质 量及所获得的加速度大小就测定了力值。在重力场中地球的引力使 物体产生重力加速度，因而可以用已知质量的物体在重力场某处的 重力来体现力值。例如基准测力机等。
电桥接法
温度 补偿 情况
电桥输出电压
测量项目 及应变值
特点
R1
R1
与
1M
M2 R2
R1 半
a 桥
b
R2 R2 同
c温
R2 R1
互
2M
M2 式
R2 R1
为 补 偿
弯曲最大 不能消 应变 除拉伸的 ＝r 影响
输出电 弯曲最大 压提高到
应变 (1+)倍， 不能消除 拉伸的影 响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
互
2
R2 R1
式 2
F
F
为 补
偿
拉(压)应 不能消 变 除弯矩的
＝r 影响
输出电 拉(压)应 压提高到
变 (1+)倍， 不能消除 弯矩的影 响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
测试技术9力扭矩压力的测量
输出电 压提高到
2(1+)
倍，且可
消除弯矩
的影响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压； — 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (7/23)
弯曲应变测量
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
R2 uo
R3
ui
如果各桥臂应变片的灵敏度Sg相同，则有：
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (4/23)
拉伸（压缩）应变测量
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
电桥输出电压
测量项目 及应变值
特点
R1
R1 与
1F
F2
R1
半
R2 R2 同
R2
a 桥
b
c温
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (8/23)
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
电桥输出电压
测量项目 及应变值
特点
R1 5 M R2 M 2
R1 (R2)
R2 R1
M 6
R4
R3
M
4
R2 (R4) R1 (R3)
半
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R1
a
桥
互
b
c为
式
R2
全
b
R1
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
电桥输出电压
测量项目 及应变值
特点
R2 R1 5 F R4 R3 F 4
6
4
F
F
R2 (R4) R1 (R3)
半
R1 R3
a
桥
互
b
c为
式
R2 R4
全
b
R1
R2
补
桥a
式
R4
c偿
R3
d
拉(压)应 输出电压 变 提高(1+) 倍，且可 消除弯矩 的影响
拉(压)应 变
力的测量 (5/23)
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式
片数 电桥 量 形式
电桥接法
温度 补偿 情况
电桥输出电压
测量项目 及应变值
特点
R1
3F
R2
F4
4
4
R'1 R'2
半
R1 R2
a
R1
桥
b R2
c R'1
式
R'1 R'2
R'2
全
b
四
R1
R'1
片
桥a
式 R'2
c同
温 R2
d
拉(压)应 可以消除 变 弯矩的影
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (3/23)
应变片布片和组桥方法
在应变仪中，电桥将被测应变转化为电压输出，再经过放大、相 敏检波、A/D转换等处理，最后显示被测应变数值。
R1
桥臂电阻R1、R2、R3、R4在力作用下所产
生的阻值变化分别为R1、R2、R3、R4， R4
若 R1=R2=R3=R4 ，且只考虑微应变，则：
扭转应变测量
R2
45°
M
45° M
R1
(a)
3
45°
力的测量 (9/23)
b
R1
R2
a
＝r 响
拉(压)应 输出电压
变 提高一倍，
＝r/2
且可消除 弯矩的影
响
表中符号说明：Sg — 应变片的灵敏度；ui — 供桥电压；— 被测件的泊松比； r — 应交仪读数，即指示应变； — 所要测量的机械应变值。
测试技术9力扭矩压力的测量
力的测量 (6/23)
（续）
序 号
受力状态简图
应变 电桥组合形式