1.
柱形或筒形弹性元件
如图1所示,这种弹性元件结构简单,可承受较大的载荷,常用于测量较大力的拉(压)力传感器中,但其抗偏心载荷和测向力的能力差,制成的传感器高度大。应变片在柱形和筒形弹性元件上的粘贴位置及接桥方法如图1所示。
若在弹性元件上施加一压力
p,则筒形弹性元件的轴向应变
εL为
用电阻应变仪测出的指示应变为
ε=2(1+
μ)
εL (4-21)
式中: ;
p――作用于弹性元件上的载荷;
E――圆筒材料的弹性模量;
μ――圆筒材料的泊松系数;
A――筒体截面积,A=
π(
D1-
D2) +2/4。其中,
D1为筒体外径,
D2为筒体内径。
2.
梁式弹性元件
(
1
)
悬臂梁式弹性元件
它的特点是结构简单,容易加工,粘贴应变片方便,灵敏度较高,适用于测量小载荷的传感器。
图2所示为一截面悬臂梁弹性元件,在其同一截面正反两面粘贴应变片,组成差动工作形式的电桥输出。
电桥输出为
USC=
K
ε
U0 (4-23)
式中: ;
l――应变计中心处距受力点距离;
b――悬臂梁宽度;
h――悬臂梁厚度;
E――悬臂梁材料的弹性模量;
K――应变计的灵敏系数。
(
2
)
两端固定梁
这种弹性元件的结构形状、参数以及应变片粘贴组成桥的形式如图3所示。它的悬臂梁刚度大,抗侧向能力强。粘贴应变片感受应变与被测力
p之间的关系为
它的电桥输出与式(4-23)相同。
(
3
)
梁式剪切弹性元件
与梁式弹性元件相比,它的线性好、抗偏心载荷和侧向力的能力大,其结构和粘贴应变片的位置如图4所示。
粘贴应变片处的应变与被测力p之间的关系近似为
式中:
G为弹性元件的剪切模量;
b和
h为粘贴应变片处梁截面的宽度和高度。
3.
扭矩测量
图5为电阻应变转矩传感器。应变片感受的应变与被测试件的扭矩
MT的关系如下式:
MT=2
GWT (4-26)
式中: G=E/2(1+
μ)为剪切弹性量;
WT为抗扭截面模量,实心圆轴的
WT=
π
D+3/16,
空心圆轴的
WT=
π
D3(1-
α+4)/16,
α=d/D,
d为空心圆柱内径,D为外径。