应变力和转矩的测量
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运动控制系统中针对位置、转速、张力等的控制在本质上是通过控制电动机的转矩来实现的。
而在一些以转矩为控制目标的系统如造纸机和轧钢机的卷取系统和齿轮箱疲劳试验系统中,转矩传感器则更是必不可少的测量反馈环节。
转矩的测量一般通过对轴的弹性扭转形变的测量来实现,其方法是在驱动轴和负载轴之间串接一个高强度高弹性材料制作的轴。
这个轴可以传递转矩同时又可以产生较大的扭转形变,因此一般称之为弹性轴或扭力轴。
在这个轴上可以安装传感器将其形变转换为电信号,间接实现对转矩的测量。
基于应变片的转矩测量
应变片是一种将形变转变为电阻变化的传感器。
导体在承受机械变形时其电阻值将产生相应的变化,其应变一电阻效应可用应变灵敏系数K来描述K=(△R/R)/(△L/L)
式中△R/R和△L/L分别是导体电阻和长度的相对变化率。
应变片一般是将栅状的金属丝或金属箔由基片和覆盖层固定后制成,在应用中用胶粘在被测对象上。
被测对象的变形通过粘胶传递到应变片上。
轴在转矩的作用下,其表面受力状况与位置有关。
在与轴线方向成45°的方向上受力最大。
在图12.26中的转矩M作用下,沿AA’方向零受压缩力,沿BB’方向承受拉伸力。
因此,若分别按这两个方向粘贴应变片1和2,则扭转形变将导致1的阻值减小,2的阻值增大。
将这两个应变片作为电桥的一臂接入电桥,若在转矩为零的情况下调整电桥使其平衡,则当转矩存在时电桥的输出就是转矩的度量。
采用应变片进行转矩测量的优点是动态性能较好,可以实时地得到转矩信号。
其缺点是应变片和转轴一道转动,需要电刷和滑环将应变片的接点引出,这是导致可靠性和可维护性不佳,易于引入干扰的原因。
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。