力的測量原理
通過對機械零件和機械結構的力、扭矩和壓力的測量，可以分析其受力狀況和工作狀態(tài)，驗證設計計算，確定工作過程和某些物理現(xiàn)象的機理。對設備的**運行、自動控制及設計理論的發(fā)展等都有重要指導作用。
力的測量方法可以歸納為利用力的靜力效應和動力效應兩種。
10.1.1 應力、應變的測量
常用的力測量方法是用應變片和應變儀測量構件的表面應變，根據應變和應力、力之間的關系，確定構件的受力狀態(tài)。
應變儀采用交流電橋時，輸出特性與直流電橋(直流電橋的輸出特性)類似。
應變片的布置和電橋組接（簡稱布片組橋）應根據被測量和被測對象受力分布來確定。還應利用適當?shù)牟计M橋方式消除溫度變化和復合載荷作用的影響。
測量拉伸(壓縮)應變時要采用適當?shù)牟计M橋方式，以便達到溫度補償(測軸向拉(壓)時的溫度補償)、消除彎矩影響(用雙工作片消除溫度的影響)和提高測量靈敏度(用四工作片提高測量的靈敏度)的目的。
常用應力測量的布片和組橋方式:
當試件受到彎矩作用時，其上、下表面會分別產生拉應變或壓應變。可通過應變測量求得彎矩，布片接橋時要注意利用電橋特性，在輸出中保留彎應變的影響，消除軸向拉、壓力產生的應變成分。
2 電阻應變式測力裝置
其它測力傳感器
1. 電容式力傳感器 其特點是結構簡單，靈敏度高，動態(tài)響應快，但是由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態(tài)力的測量(電容式力傳感器的結構原理)。 2. 壓電式力傳感器 前面章節(jié)介紹過壓電式傳感器的原理和壓電式振動加速度傳感器，測力傳感器的結構類似。其特點是體積小，動態(tài)響應快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測量。使用中應防止承受橫向力和施加予緊力。 3. 壓磁式測力裝置 其特點是硅鋼材料受力面加大后，可以測量數(shù)千噸的力，且輸出電勢較大，甚至只需濾波整流，無需放大處理。常用于大型軋鋼機的軋制力測量。使用中應防止因側向力干擾而破壞硅鋼的疊片結構(壓磁式測力裝置的工作原理)。 4. 差動變壓器式測力傳感器 其特點是工作溫度范圍較寬,為了減小橫向力或偏心力的影響，傳感器的高徑比應較小。(差動變壓器式測力傳感器的工作原理) 電容式力傳感器 在矩形的特殊彈性元件上，加工若干個貫通的圓孔，每個圓孔內固定兩個端面平行的丁字形電極，每個電極上貼有銅箔，構成由多個平行板電容器并聯(lián)組成的測量電路。在力F作用下，彈性元件變形使極板間矩發(fā)生變化，從而改變電容量，如左圖(電容式力傳感器)所示。 壓磁式測力裝置的原理 某些鐵磁材料受到外力作用時，引起導磁率變化現(xiàn)象，稱作壓磁效應。其逆效應稱作磁致伸縮效應。硅鋼受壓縮時，其導磁率沿應力方向下降，而沿應力的垂向增加；在受拉伸時，導磁率變化正好相反。如果在硅鋼疊片上開有4個對稱的通孔，孔中分別繞有互相垂直的兩個線圈，如左圖(圖壓磁元件工作原理)所示，一個線圈為勵磁繞組，另一個為測量繞組。無外力作用時，磁力線不和測量繞組交鏈，測量繞組不產生感應電勢。當受外力作用時，磁力線分布發(fā)生變化，部份磁力線和測量繞組交鏈，并在繞組中產生感應電勢，且作用力愈大，感應電勢愈大。 |
測量力時可以直接在被測對象上布片組橋，也可以在彈性元件上布片組橋，使力通過彈性元件傳到應變片。常用的彈性元件有柱式、梁式、環(huán)式、輪輻等多種形式。
柱式彈性元件 通過柱式彈性元件表面的拉(壓)變形測力。應變片的粘貼和電橋的連接應盡可能消除偏心和彎矩的影響，一般將應變片對稱地貼在應力均勻的圓柱表面中部。柱式力傳感器可以測量0.1~3000噸的載荷，常用于大型軋鋼設備的軋制力測量。
梁式彈性元件 類型有等截面梁、等強度梁和雙端固定梁等，通過梁的彎曲變形測力，結構簡單，靈敏度較高。
環(huán)式彈性元件 分為圓環(huán)式和八角環(huán)式。它也是通過元件的彎曲變形測力，結構較緊湊。實際應用如切削測力儀。
輪輻式彈性元件 輪幅式彈性元件受力狀態(tài)可分為拉壓、彎曲和剪切。前兩類測力彈性元件經常采用，精度和穩(wěn)定性已達到一定水平，但是安裝條件變化或受力點移動，會引起難于估計的誤差。剪切受力的彈性元件具有對加載方式不敏感、抗偏載、側向穩(wěn)定、外形矮等特點。