扭矩测量说明及应变片使用详解
扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理扭矩是物体受到外力作用时发生转动的力矩，是描述物体转动能力的物理量。
在工程和科学领域中，扭矩的测量是非常重要的，因为准确测量扭矩可以用于设计、制造和维护各种设备。
测量扭矩的方法和原理有多种，下面将详细介绍其中几种常用的方法。
1.力臂法：力臂法是最常用的一种测量扭矩的方法。
它基于杠杆原理，通过施加一定的力在一个确定的力臂上来测量扭矩。
具体步骤如下：a.将扭矩传感器插入被测物体上，确定感应轴与被测物体的旋转中心相切。
b.施加一定大小的力在感应轴上，记录所需的力臂长度。
c.扭矩的大小可以通过施加的力乘以力臂长度来计算。
2.应变计法：应变计法是一种基于材料的变形特性来测量扭矩的方法。
它利用了材料在受力时会发生应变的原理，通过测量这种应变来计算扭矩大小。
具体步骤如下：a.将应变计固定在被测物体上，以使其能测量所需位置的应变。
b.当扭矩施加在被测物体上时，应变计会产生相应的应变。
c.测量应变计输出的电压或电阻值，利用应变计的灵敏度和校准数据来计算扭矩大小。
3.电磁法：电磁法是一种利用电磁感应原理来测量扭矩的方法。
它通过感应电流的变化来计算扭矩大小。
具体步骤如下：a.在被测物体上安装扭矩传感器，传感器的结构中包含一个用于感应磁场变化的线圈。
b.当扭矩施加在被测物体上时，传感器中的线圈会感应到磁场的变化。
c.感应电流的大小与扭矩成正比，通过测量感应电流的大小来计算扭矩。
4.平衡法：平衡法是一种通过平衡两个力矩来测量扭矩的方法。
它基于力矩平衡原理，通过调整一个质量和距离的平衡来测量未知扭矩的大小。
具体步骤如下：a.将被测物体与一个已知扭矩的校准装置相连，使其达到力矩平衡。
b.在校准装置上调整质量和距离，直到力矩平衡，并记录所需的质量和距离值。
c.将被测物体与校准装置断开，使用相同的质量和距离值来平衡新的未知扭矩，通过分析平衡状态来计算未知扭矩的大小。
总结起来，扭矩的测量方法包括力臂法、应变计法、电磁法和平衡法等。
扭矩应变片
扭矩应变片扭矩应变片是一种重要的传感器，它可以测量材料在扭转时的应变变化。
这种传感器广泛应用于机械、航空、汽车、电子等领域，具有非常重要的应用价值。
本文将从扭矩应变片的原理、特点、应用以及未来发展等方面进行探讨。
一、扭矩应变片的原理扭矩应变片是利用材料在扭转时产生的应变变化来测量扭矩大小的一种传感器。
其原理是基于普通应变片的工作原理，应变片是一种利用材料在受力时产生的应变变化来测量力的大小和方向的传感器。
而扭矩应变片则是将应变片安装在扭转轴上，通过测量应变片在扭转过程中产生的应变变化来计算出扭矩的大小。
具体来说，扭矩应变片的工作原理是利用了应变片在受力时电阻值的变化。
应变片通常是由一个薄片状的金属材料制成，如铜、铝、钢等。
当应变片受到外力作用时，其形状发生变化，从而导致电阻值的变化。
因此，通过测量应变片电阻值的变化，可以获得材料在受力时的应变变化。
而扭矩应变片则是将应变片安装在扭转轴上，通过测量应变片在扭转过程中产生的应变变化来计算出扭矩的大小。
二、扭矩应变片的特点扭矩应变片具有以下几个特点：1.高精度：扭矩应变片具有很高的精度，可以测量非常小的扭矩变化。
2.高灵敏度：扭矩应变片对扭矩变化的灵敏度非常高，可以测量微小的扭矩变化。
3.可靠性高：扭矩应变片具有很高的可靠性，能够长期稳定地工作。
4.易于安装：扭矩应变片可以很容易地安装在扭转轴上，不需要复杂的安装过程。
5.适用范围广：扭矩应变片可以应用于许多领域，如机械、航空、汽车、电子等。
三、扭矩应变片的应用扭矩应变片广泛应用于许多领域，如机械、航空、汽车、电子等。
具体应用如下：1.机械：扭矩应变片可以用于测量机械设备中的扭矩变化，如轴承、电机、减速器等。
2.航空：扭矩应变片可以用于测量飞机发动机的扭矩变化，了解发动机的工作状态。
3.汽车：扭矩应变片可以用于测量汽车发动机的扭矩变化，了解发动机的工作状态。
4.电子：扭矩应变片可以用于测量电子设备中的扭矩变化，如电动工具、电子秤等。
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
W D nb M M M nb ns ns W d ns
3
（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。 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。
R 由 S g R
可以得到
（7）
RSgR
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
R 4 S a gR
（8）
根据电阻并联时阻值变化关系可知 RR C （9） R R a RR C 由此可以得到
R (R R a) R C R a
Hale Waihona Puke RC R1 R2 Uy R4 U0 R3
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 2
2 1
Mn Wn
（6）
(1 )
E
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）
M ns W ns
（1）
式中 Wns－小轴的抗扭截面系数，如果是实心轴
扭矩应变片
扭矩应变片扭矩应变片是一种常用的力学测试仪器，用于测量扭矩和角位移之间的关系。
它由一对相互垂直的应变片组成，可以转换扭矩为电信号输出，从而实现对扭矩的测量。
扭矩应变片的原理是基于应变片的工作原理。
应变片是一种能够感知物体形变的传感器，它可以将物体的应变转换为电信号输出。
应变片通常由金属箔片组成，其中一层箔片被固定在被测试物体的表面，另一层箔片则被粘贴在固定的基底上。
当被测试物体发生形变时，两层箔片之间的距离发生改变，从而引起电阻的变化，进而转换为电信号输出。
扭矩应变片的工作原理基于应变片的这种特性。
它由两个相互垂直的应变片组成，其中一个应变片被固定在转轴上，另一个应变片则被固定在转轴外部的支撑结构上。
当转轴受到扭矩作用时，它会发生形变，从而导致两个应变片之间的距离发生改变。
这种形变会引起电阻的变化，进而转换为电信号输出，从而实现对扭矩的测量。
扭矩应变片的优点是精度高、响应速度快、可靠性好。
它可以测量很小的扭矩变化，同时也能够测量高速旋转的物体。
此外，扭矩应变片还可以与其他测量仪器配合使用，如角位移传感器、速度传感器等，从而实现更加精确的测量。
扭矩应变片广泛应用于机械、航空航天、汽车、电子等领域。
在机械领域，它常用于测量发动机、齿轮箱、传动轴等的扭矩。
在航空航天领域，它常用于测量飞机、火箭等的扭矩。
在汽车领域，它常用于测量发动机、变速器等的扭矩。
在电子领域，它常用于测量电机、电动工具等的扭矩。
扭矩应变片在实际应用中需要注意以下几点。
首先，需要根据被测试物体的性质和使用环境选择合适的应变片型号和参数。
其次，需要保证应变片与被测试物体之间的接触良好，以确保测量精度。
第三，需要进行校准和修正，以消除测量误差。
最后，需要注意应变片的使用寿命和维护保养，以确保其长期稳定的工作。
总之，扭矩应变片是一种重要的力学测试仪器，具有精度高、响应速度快、可靠性好等优点，广泛应用于机械、航空航天、汽车、电子等领域。
在实际应用中，需要注意选择合适的型号和参数、保证接触良好、进行校准和修正、注意使用寿命和维护保养等问题，以确保其长期稳定的工作。
应变、力和扭矩的测试资料
纯电阻时，电压与电流同相位，=0； 电感性阻抗，电压超前于电流，>0（纯电感=90）； 电容性阻抗电压滞后于电流，<0（纯电容=-90）。
两测量臂相邻连接，那么两臂互为温度补偿。
例 下图所示悬臂梁受力F和 F 作用，要求只测出引起粱纯弯
曲的力F，试画出应变片的粘贴位置与电桥的连接方式图。
解：
在悬臂梁上下两面各贴一片应变片 R 1 和 R 2 ，按半桥双臂
方式连接。其中 R 3 和 R 4 为精密无感电阻，选 择 R 1 R 2 R 3 R 4 R 0 ，便可测出F。
故电压输出仅与F引起的弯曲变形有关。F作用使上面应
变变出片化电量压R 为为1 :产R生1拉=应R变，，下R面2=的-RR 2
产生压应变，其电阻 ，则反映力F大小的输
R u0 2R0 ui
如要进一步提高电桥的灵敏度，可采用全桥。
当 R 1 R 2 R 3 R 4 R 0 R 1 = R 2 = R 3 = R 4 R
[解 ] :已 知 应 变 片 s 2,供 桥 电 压 ui 3v 半桥单臂
当 2时,
u
1 4
R R
ui
1 4
s ui
1 4
2
2 106
3
3 106 v
灵敏度S
u
3 106 v
2 106
1.5 v
3.1.3 应变片的选择
1.根据试件的测试要求和应变性质选择 2.根据试件状况选择 3.根据实验环境选择
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。
机械工程测试技术之扭矩的测量
应变式扭矩的测量测试目的利用应变式扭矩传感器的一种弹性元件测实际物体旋转时候的扭矩测试仪器应变式扭矩传感器工作原理应变式扭矩传感器所测得的是在扭矩的作用下转轴表面的主应力．从材料力学上得知，该主应力和所受到的扭矩成正比例关系．也可利用弹性体把扭矩转换成角位移，再由角位移转换成电信号输出．如图所示，给出一种扭矩传感器的扭矩弹性元件．把这种弹性连接在驱动源和负载之间，弹性轴就会产生扭矩，所产生的扭矩角为Φ＝式中Φ――弹性轴的扭矩角Ｌ――弹性轴的测量长度Ｄ――弹性轴的直径Ｍ――扭矩Ｇ――弹性轴材料的切边模量由于扭角与扭矩Ｍ成正比，在实际测量中，常在弹性轴圆轴上安装两个齿轮盘，齿轮盘之间的扭角即为弹性轴的扭角，通过电磁耦合将扭角信号耦合成电信号，再经标定得到输出扭矩值按弹性轴变形测量时Ｍ＝按弹性轴应力测量时Ｍ＝（为转轴的剪切应力）按弹性轴应变测量时Ｍ＝从上式可以看出，弹性轴的参数固定，转矩对弹性轴作用时，会产生的扭角或应力、应变与扭矩成正比关系．因此只要测得扭转角或应力、应变，便可知扭矩的大小．按照扭矩信号的产生方式可以设计为光电式、光学式、磁电式、电容式、电阻应变式等各种扭矩仪器对于某一弹性测量轴，扭矩 T 与应变量γ 成正比，测出剪应变γ 就间接测量出扭矩T.在和的位置粘贴电阻应变片组成恵斯顿电桥，应变片阻值随弹性轴表面的应变变而变化.图 1 弹性轴横截面剪应力弹性轴扭矩静力学分析图应变式扭矩传感器意义应变式扭矩传感器的制作工艺，在很大程度上决定了传感器的灵敏度、线性度、滞后、零漂和蠕变等特性参数.通过研究传感器和弹性体的特性和制作工艺，以研制出高准确度的、用于各种场合的扭矩传感器应变式扭矩传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
应变式传感器是一种常用的加速度计。
它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。
应变式扭矩传感器在飞机、汽车、船舶、的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用。
扭矩应变片
扭矩应变片扭矩应变片是一种用于测量扭转力矩的传感器。
它是由一对细长的金属片制成的，这对金属片的一端固定，一端则与被测试物相连。
当被测试物发生扭转时，这对金属片将发生形变，从而产生电信号。
这个信号可以被放大和处理，以便于测量扭转力矩的大小和方向。
扭矩应变片的工作原理是基于金属的弹性变形特性。
金属在扭转时会发生弹性变形，这种变形会导致金属的外形和尺寸发生微小的变化。
这些变化可以通过电阻、电容等方式来检测和测量。
扭矩应变片就是利用了这种原理，将金属片作为弹性元件，通过测量其电学特性的变化来测量扭转力矩。
扭矩应变片有很多种不同的结构和制作工艺，但它们都具有以下共同特点：1. 高精度：扭矩应变片可以实现非常高的精度和分辨率，通常可以达到0.1%或更高的精度。
2. 高可靠性：扭矩应变片具有很高的可靠性和稳定性，可以长期稳定地工作。
3. 宽测量范围：扭矩应变片可以测量很广泛的扭转力矩范围，从几微牛·米到几千牛·米都可以测量。
4. 方便使用：扭矩应变片可以直接安装在被测试物上，不需要复杂的安装和校准过程。
扭矩应变片广泛应用于许多领域，如机械制造、航空航天、汽车工业、电力工业等。
下面我们将分别介绍它们在这些领域中的应用。
1. 机械制造在机械制造中，扭矩应变片主要用于测量旋转轴上的扭矩。
例如，在发动机、减速器、电机等设备中，扭矩应变片可以测量输出轴上的扭矩，以便于评估设备的性能和寿命。
此外，扭矩应变片还可以用于测试机床的切削力和加工质量，以及测量机器人的关节力矩和位移。
2. 航空航天在航空航天领域，扭矩应变片主要用于测量飞机和火箭发动机的扭矩。
例如，在液体火箭发动机中，扭矩应变片可以测量涡轮泵和涡轮增压器的扭矩，以便于评估发动机的性能和寿命。
此外，扭矩应变片还可以用于测试飞机机翼和尾翼的扭矩，以及测量航空电机的扭矩和转速。
3. 汽车工业在汽车工业中，扭矩应变片主要用于测量发动机和变速器的扭矩。
例如，在汽车发动机中，扭矩应变片可以测量曲轴和飞轮的扭矩，以便于评估发动机的性能和寿命。
扭矩测量说明
扭矩测量说明一、 测量原理：由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。
轴表面的单元体为纯剪应力状态，在与轴线成45度的方向上有最大正应力σ1和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜=τmax。
相应的变形为ε1和ε2，当测得应变后，便可算出τmax及扭矩（可以使用BeeData 自带的应变扭矩计算工具，直接计算出扭矩值）。
测量时应变片沿与轴线成45°的方向粘贴（可以使用扭矩测量45度角专用应变片）。
由于采用无线传输技术，测量节点跟随轴旋转，不再需要拆轴安装扭矩传感器。
二、 粘贴应变片：正确粘贴应变片是保证扭矩准确测量的关键步骤，不合适的粘贴将引起零飘，蠕变等问题。
为了减小电流消耗，推荐使用350欧姆或更大阻值应变片。
1.组桥方式：推荐使用专用扭矩测量应变片(45度角)组成全桥进行扭矩测量。
可以使用单片半桥应变片（比如BE350-5HA），上下对称沿轴向贴片，组成全桥，该贴法具有消除弯曲影响的优点。
也可以使用单片全桥应变片，该贴法具有粘贴方便的优点，但是应变片成本较高，不能消除弯曲影响。
图1 上下半桥贴法图2 单片全桥2.粘贴应变片2.1 电阻应变片的选择：在应变片灵敏数K相同的一批应变片中，剔除电阻丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。
用数字万用表的电阻档测量应变片的电阻值R，将电阻值在350±2Ω范围内的应变片选出待用(应变片灵敏系数由厂家标定，一般为2.00左右)。
2.2轴表面的处理：用锉刀和粗砂纸等工具将试件在轴上的贴片位置的油污、漆层、锈迹、电镀层除去，再用细砂纸打磨成45°交叉纹，之后用镊子夹起丙酮棉球将贴片处擦洗干净，至棉球洁白为止。
见图2-1。
图2-1 钢试件应变片粘贴处表面处理示意图测点定位：应变片必须准确地粘贴在试件的应变测点上，而且粘贴方向必须是要测量的应变方向（如果使用专用45度角应变片，应变片沿轴向粘贴）。
为达到上述要求，要在试件上用钢板尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与轴向一致。
机械工程中应变,力与扭矩测量1
机械工程中应变、力与扭矩测量在机械工程中，应变，力与扭矩的测量非常重要，对这些物理量的测量可以分析零件或结构的受力状态以及工作的可靠性，设计计算结果的正确性，确定整机在实际工作时负载情况等。
应变测量在工程中常见的测量方法是应变测法。
他是通过电阻应变片，先测出工件表面的应力，应变的关系式来确定工件表面应力状态的一种实验用力分析方法。
一·电阻应变片（计）的工作特性电阻应变片测量技术是利用电阻应变片（计）测定构件表面的应变，再根据应力、应变的关系式确定构件表面应力状态的一种应力分析方法。
原理为压阻效应，主要是受到材料电阻率的影响。
电阻应变计又称电阻应变片，金属电阻应变片的工作原理基于弹性材料的机械应变效应。
（一）应变和力测量系统可分为三个基本环节：1.传感器，通过零件或弹性元件将力转变为应变，再由电阻应变计将机械应变转变为电阻变化量；2.电阻应变仪，放大由电阻应变片（计）组成的电桥所输出的电压，以电压或电流信号输出；3.指示、记录装置，可为指针式仪表，或示波器、记录器、计算机，作用是对信号加以指示、记录或分析（二）电阻应变计的工作特性【半导电阻应变计（金属）又称电阻应变片，工作原理基于弹性材料的机械应变效应。
体应变片为压阻效应】(1) 应变计（片）的灵敏系数KK=（R/R）/ε( ε=l / l)(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(1 με=10-6 )相当钢质试件上的应力为σ＝Ｅε≈0.2MPa。
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.(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。
例：贴在钢质试件上康铜应变片（计）的电阻温度系数α0 约为12με／℃，灵敏度系数 K 约为 2，由 Kε＝α0 t 可知，温度变化 1℃相当于应变值 6με。
这说明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。
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扭矩测量说明及应变片使用详解
扭矩测量是工程和科学领域常用的一种测量技术，用于测量旋转装置所产生的扭矩力。
扭矩测量的准确性对于许多应用至关重要，如机械传动系统的设计和优化、电机和发动机的性能评估以及材料的研究等。
在进行扭矩测量时，通常会使用应变片作为测量元件。
应变片是一种能够测量物体应变的传感器。
应变片的工作原理基于金属材料在受到力或力矩作用时会发生形变的性质。
应变片通常由金属箔片或薄膜制成，具有非常高的敏感性和可靠性。
下面我将详细介绍扭矩测量的具体说明及应变片的使用方法。
1.扭矩测量的具体说明：
-首先，确定测量范围和精度要求，选择合适的扭矩传感器。
扭矩传感器通常分为静态和动态两种类型。
静态扭矩传感器适用于不需要频繁变化的测量，而动态扭矩传感器适用于高速旋转的测量。
-安装扭矩传感器。
将扭矩传感器正确安装在被测装置上，确保与装置的旋转轴垂直，并紧固螺栓。
-连接传感器与数据采集仪表。
使用合适的电缆将传感器与数据采集仪表连接起来，确保信号传输可靠。
-进行零点校准。
在测量之前，对传感器进行零点校准，即在没有扭矩作用下将测量结果调整为零。
-进行扭矩测量。
通过施加扭矩到被测装置上，观察数据采集仪表上的数据变化，即可得到扭矩测量结果。
-记录和分析数据。
根据需要，将测量结果记录下来并进行数据分析，以便进一步的应用。
2.应变片的使用方法：
-确定测量点。
根据需要，确定要测量的位置和方向。
通常在扭矩作
用处附近选择一个具有较高应变的区域。
-准备工作。
将应变片正确地粘贴或固定在待测物体上，并确保表面
光洁无尘。
-粘贴应变片。
使用专用的应变片粘接剂，在应变片和被测物体表面
均匀涂布，然后将应变片贴合在被测物体上。
-加热过程（可选）。
一些应变片需要经过一个加热过程，以确保粘
接效果和稳定性。
可以通过烘箱或其他加热设备进行加热，同时要注意控
制温度和加热时间。
-连接测量电路。
使用导线和连接器将应变片与测量电路连接起来。
在连接过程中要注意保持导线的良好接触和电气连接。
-测量应变。
通过施加力或力矩到被测物体上，观察测量电路中的电
信号变化，即可获得应变测量结果。
-数据记录和分析。
将测量结果记录下来并进行数据分析，根据需要
可以进行进一步的处理和应用。
总结：扭矩测量是一种重要的测量技术，应变片是常用的测量元件。
通过合理的安装和使用，可以实现准确的扭矩测量。
希望上述说明和使用
方法对您有所帮助。