測試技術(shù)的工程應(yīng)用

測試技術(shù)的工程應(yīng)用第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日一、應(yīng)力、應(yīng)變測量的組橋原則

常用的力測量方法是用應(yīng)變片和應(yīng)變儀測量構(gòu)件的表面應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變和應(yīng)力、力之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的受力狀態(tài)。應(yīng)變片的布置和電橋組接（簡稱布片組橋）應(yīng)根據(jù)被測量和被測對象受力分布來確定。還應(yīng)利用適當(dāng)?shù)牟计M橋方式來消除溫度變化、復(fù)合載荷作用的影響和達到提高測量靈敏度的目的。應(yīng)變電橋組橋是在應(yīng)變儀上實現(xiàn)。

1．應(yīng)變儀

電阻應(yīng)變片的電阻變化很小，測量電橋的輸出信號也很小，不足以推動顯示和記錄裝置，因此需將電橋的輸出信號用一個高增益的放大器進行放大，以實現(xiàn)將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)變成有一定驅(qū)動能力的電壓或電流信號輸出，以便連接計算機進行數(shù)據(jù)處理和便于連接各種記錄儀器，完成這一任務(wù)的儀器稱應(yīng)變儀。第一節(jié)應(yīng)變、力與力矩的測量第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（1）靜態(tài)電阻應(yīng)變儀主要測量靜載荷作用下物理量的變化，其應(yīng)變信號變化十分緩慢或變化一次后能相對穩(wěn)定。靜態(tài)應(yīng)變儀一般是載波放大式的，使用零位法進行測量，進行多點測量時需選配一個預(yù)調(diào)平衡箱。各傳感器和箱內(nèi)電阻一起組橋，并進行預(yù)調(diào)平衡。預(yù)調(diào)或?qū)崪y時需另配一手動或自動的多點轉(zhuǎn)換開關(guān)，依次接通測量。如YJ-5型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。（2）靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀測量靜態(tài)應(yīng)變?yōu)橹鳎部蓽y量頻率較低的動態(tài)應(yīng)變。YJD-1和YJD-7型靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率分別為0～10Hz和0～100Hz。（3）動態(tài)電阻應(yīng)變儀動態(tài)應(yīng)變儀與各種記錄儀配合用以測量動態(tài)應(yīng)變。測量的工作頻率可達0～2000Hz。個別可達10kHz。動態(tài)應(yīng)變儀具有電橋、放大器、相敏檢波器和濾波器等。動態(tài)應(yīng)變儀用“偏位法”進行測量，可測量周期或非周期性的動態(tài)應(yīng)變。如YD-15型動態(tài)電阻應(yīng)變儀。（4）超動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率高于10kHz的應(yīng)變儀稱超動態(tài)應(yīng)變儀，用于測量沖擊等變化非常劇烈的瞬間過程。超動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作頻率比較高，要求載波頻率就更高，因此，多采用直流放大器。

第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日2．直流電橋的輸出加減特性直流電橋的輸出電壓為：第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日若在力作用下所產(chǎn)生的電阻變化分別為ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4，初始狀態(tài)電橋的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考慮到ΔR<<R，忽略ΔR的高次項，則上式可寫成：當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K相同時，上式可改寫為：

第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日3．單向應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變測量中組橋及溫度補償

在軸向力P作用下。試件為單向應(yīng)力狀態(tài)。沿構(gòu)件表面的軸線方向貼工作片R1,在溫度補償板上貼補償片Rt，將二者組成半橋即可測得軸向應(yīng)變。電橋的輸出為：新產(chǎn)品第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日實現(xiàn)溫度補償必須滿足以下條件：補償板和試件的材料相同；工作片、補償片完全相同；放在完全相同溫度場中；接在相鄰橋臂。4．拉（壓）應(yīng)變測量中彎矩影響的消除工作片在上、下表面對稱粘貼，由加減特性可知，這樣可以消除因加載偏心而造成的附加彎矩。其中全橋接法的輸出是半橋接法的二倍。第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日5．用全橋提高應(yīng)變測量的靈敏度這樣布片實現(xiàn)了溫度自補償，又得到了最大輸出應(yīng)變值，還消除了因加載偏心而造成的附加彎矩。此時：

6．平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力測量數(shù)據(jù)采集⑴已知主應(yīng)力方向例如承受內(nèi)壓的薄壁圓筒形容器的筒體，其主應(yīng)力方向是已知的。這時只需要沿兩個互相垂直的主應(yīng)力方向各貼一片應(yīng)變片，另外再采取溫度補償措施，就可以直接測出主應(yīng)變。其貼片和接橋方法如下圖所示。先測出應(yīng)變值，再由虎克定律計算出主應(yīng)力，即

第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日

⑵主應(yīng)力方向未知平面應(yīng)力狀態(tài)

當(dāng)平面應(yīng)力的主應(yīng)力1和σ2的大小及方向都未知時，需對一個測點貼三個不同方向的應(yīng)變片，測出三個方向的應(yīng)變，才能確定主應(yīng)力1和2及主方向角三個未知量。下圖表示邊長為x和y、對角線長為l的矩形單元體。設(shè)在平面應(yīng)力狀態(tài)下，與主應(yīng)力方向成角的任一方向的應(yīng)變?yōu)椋磮D中對角線長度l的相對變化量。第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日由于主應(yīng)力x、y的作用，該單元體在X、Y方向的伸長量為Δx、Δy，如圖6-6(a)、(b)所示，該方向的應(yīng)變?yōu)閤=Δx/x、y=Δy/y；在切應(yīng)力τxy作用下，使原直角∠XOY減小xy，如圖6-6(c)所示，即切應(yīng)變xy=Δx/y。這三個變形引起單元體對角線長度l的變化分別為Δxcos、Δysin、yxycos，其應(yīng)變分別為xcos2、ysin2、xysincos。當(dāng)x、y、xy同時發(fā)生時，則對角線的總應(yīng)變?yōu)樯鲜鋈咧?，可表示為第十頁，共十八頁，編輯?023年，星期日二、力參數(shù)測量的應(yīng)用1．軋制力測量廣泛采用兩種測量軋制力的方法：一、通過測量基架立柱的拉伸應(yīng)變測量軋制力，又稱應(yīng)力測量法；二、用專門設(shè)計的測力傳感器直接測量軋制壓力，至于所用的變換原理及傳感器形式，則有電阻應(yīng)變式、壓磁式、電容式及電感式等。閉口牌坊，軋制時軋機牌坊力柱同時受拉應(yīng)力σp和彎曲應(yīng)力σN，其應(yīng)力分布圖如下圖：第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日2．切削力測量切削力的測量是一種比較典型的多向動態(tài)力測量。切削力信號是復(fù)雜的信號，一般情況下是隨機信號。第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日三、扭矩的測量

1．扭矩測量中應(yīng)變計的布置和組橋方法；2．扭矩信號的傳輸；第二節(jié)溫度的測量1．溫度的測量方法；2．熱電偶和熱電阻；3）常用熱電偶的基本要求物理化學(xué)性能穩(wěn)定；測量溫度范圍寬；熱電性能好；電阻溫度系數(shù)?。挥辛己玫臋C械加工性能；價格便宜，并盡量少用稀有及貴重金屬。

第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日4）熱電偶的溫度補償法使用補償導(dǎo)線的優(yōu)點在于：（1）可以改善熱電回路的機械和物理特性，如使用軟的或硬而細的補償導(dǎo)線，可以增加一部分回路的柔軟可撓性；（2）補償導(dǎo)線同樣還可以用來調(diào)整回路的電阻值和屏蔽外界干擾；（3）補償導(dǎo)線還可以把溫度測量的信號從現(xiàn)場傳送到集中控制室或溫度恒定的場所。2．熱電阻熱電阻感溫元件的電阻與溫度關(guān)系特性可以用列表法來表示，簡稱為“分度表”。分度表是通過大量的實驗，測試并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以后獲得。

第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日3非接觸式溫度計

1．全輻射溫度計

2．光學(xué)高溫計和光電高溫計3．比色高溫計第三節(jié)流體參數(shù)的測量

1．流量計流體的流量分為體積流量和質(zhì)量流量，分別表示某瞬時單位時間內(nèi)流過管道某一截面處流體的體積或質(zhì)量。2．流量計的分類1）差壓式流量計

2）流體阻力式流量計

3）測速式流量計

（4）熱量流量計（5）標(biāo)志法測速流量計

第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（1）流速方程式如上圖所示，超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速所減慢，為：第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日2)多普勒（效應(yīng)）法多普勒（效應(yīng)）法USF是利用在靜止（固定）點檢測從移動源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。

第十七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日3.多普勒法優(yōu)缺點和局限性1）優(yōu)點USF可作非接觸測量多普勒USF可測量固相含量較多或含有氣泡的液體。2)缺點和局限性傳播時間法USF只能用于清潔液體