机械工程测试技术基础

主讲教师：邵东向

哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造及自动化系

2005 年 4 月

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第七章 常用参量的测量

第一节 位移的测量

一、气动测量方法

利用压缩空气作为介质，根据压缩空气在通过测量部位时而产生的流速、流量以及压力的变化量，来间接测量被测对象的位移、变形等参量

分 类

流速式压力式流量式

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特点：1) 非接触、测量力小 ( 约为 0.05~1N) ，适宜于对容易发生变形的薄壁件尺寸的测量；2) 放大倍率高，如浮标式量仪可达数千倍，其刻度间隔大，读数方便；3) 气动测量所采用的传感器 ( 喷嘴 ) 结构简单，尺寸极小，适合于小孔、深槽等特殊尺寸测量；4) 气动测量稳定性好，不磨损，寿命长，使用方便，维修容易等等。

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测量被加工零件的厚度、孔径、轴径、槽宽、槽深、配合间隙，以及圆度、平面度、孔的垂直度、平行度、锥度、孔距等几何尺寸和形位参数

测量高度测量高度 测量厚度测量厚度 测量圆锥孔测量圆锥孔

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测量垂直度测量垂直度 测量内孔测量内孔 测量圆度、跳动测量圆度、跳动

aa bb

aa

bb

测量二尺寸和（ a+b ）

测量二尺寸和（ a+b ） 测量二尺寸差（ a-b ）测量二尺寸差（ a-b ）

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1 、流速式气动测量原理

s

d

气泵 稳压器 流速计 测头（喷嘴挡板）

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2 、流量式气动测量原理

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3 、压力式气动测量原理

Pc

工作压力 Pg工作压力 Pg

xx

气室气室

喷嘴挡板式喷嘴挡板式

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喷嘴盖板式

x

PcPg

221 SA

PP g

c

221 xA

PP g

c

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Pc

Pg

Pc

*

x x*

压力特性曲线

221 xA

PP g

c

c

g

P

PxA 221

AxP

P

c

g 1

AxY

线性化

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4 、气动测量原理的典型应用

流量法测量叠合量

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x

Q

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压力式方法测量叠合量

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x

Pc Y

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差压式水银柱式气动量仪差压式水银柱式气动量仪

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二、回转轴径向运动误差的测量

回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置 ( 一条不动的直线 ) 而出现的附加运动

1. 回转轴的运动误差

端面跳动端面运动误差

轴向窜动

径向运动误差

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2. 回转轴的运动误差的测量方法

测量仪器

测量仪器

位移传感器

位移传感器

双向测量法

测量仪器

位移传感器

单向测量法

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)()(cos xxx Sred

)()(sin yyy Sred

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第二节 应变、力的测量

一、应变、应力的测量

1. 应变仪的电桥特性Uy

U0

a

b

c

d

R1 R2

R4 R3

直流电桥

一般采用交流电桥

04321

4231

))((u

RRRR

RRRRu y

)(4

43210

R

R

R

R

R

R

R

Ruu y

)(4 4321

0 gy Su

u

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应变仪工作方式和输出电压

工作方式 单 臂 双 臂 四 臂

应变片所在桥臂 R1 R1 、 R2

R1 、 R2 、 R3 、R4

输出电压 gSu

40 gS

u

20 gSu0

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2. 应变仪的布置和接桥方法

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3. 在平面应力状态下主应力的测定

补偿片 Rt

uy

~u0

a

b

c

d

R1 或 R2 Rt

R R

1) 已知主应力方向

)(1 2121

E )(

1 1222

E

R1

R2σ1

σ2

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2) 主应力方向未知90°

45°

0°0°

90°

45°

135°

60°

60°

0°

60°

90°

120°

0°

直角应变花 等边三角形应变花

T-△应变花 双直角型应变花

120°

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4 ．提高应变测量精度的措施

1 ）选择合适的仪器进行准确的定度 2 ）消除导线电阻引起的影响

c

g

c RR

RS

RR

R

cg

c RR

RS

RR

RS

)(

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3 ）减小读数漂移 4 ）补偿温度影响

5 ）减小贴片误差 6 ）力求应变片实际工作条件和额定条件一致 7 ）排除测量现场的电磁干扰

))(()(1

0210 ttttS g

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5 ．测点的选择

1 ）预先对结构进行大致的分析，预测其变形 2 ）截面尺寸急剧变化的部位、应力集中部位 3 ）均匀分布测点，了解应力分布规律 4 ）利用结构与载荷的对称性减少测点 5 ）在不受力的部位安排一个测点

最少的测点达到足够真实反映受力状态的原则

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二、力的测量

1 ．常用的测力方法

1) 用已知重力或电磁力去平衡被测力，从而直接测得被测力。

2) 通过测量一个在被测力作用下的已知质量的物体的加速度来间接测量被测力。

3) 通过测量由被测力产生的流体压力来测得被测力。4) 当被测力张紧一振动弦，该弦的固有频率将随被测力的

大小而改变。通过测量该频率的变化来测得被测力。5) 通过测量在被测力作用下某弹性元件的变形或应变来测得被测力。

静态力或缓变力

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2 ．常用的力传感器

1 ）电阻应变式力传感器

柱式力传感器

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梁式力传感器

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2 ）差动变压器式力传感器

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3 ）压电式力传感器

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4 ）压磁式力传感器