1. 柱形或筒形彈性元件
如圖1所示,這種彈性元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可承受較大的載荷,常用于測(cè)量較大力的拉(壓)力傳感器中,但其抗偏心載荷和測(cè)向力的能力差,制成的傳感器高度大。應(yīng)變片在柱形和筒形彈性元件上的粘貼位置及接橋方法如圖1所示。
圖1 柱形和筒形彈性元件組成的測(cè)力傳感器
若在彈性元件上施加一壓力p,則筒形彈性元件的軸向應(yīng)變?chǔ)舕為
用電阻應(yīng)變儀測(cè)出的指示應(yīng)變?yōu)楠И?
ε=2(1+μ)εl (4-21)
式中: ;
p——作用于彈性元件上的載荷;
e——圓筒材料的彈性模量;
μ——圓筒材料的泊松系數(shù);
a——筒體截面積,a=π(d1-d2) +2/4。其中,d1為筒體外徑, d2為筒體內(nèi)徑。
2. 梁式彈性元件
(1) 懸臂梁式彈性元件
它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易加工,粘貼應(yīng)變片方便,靈敏度較高,適用于測(cè)量小載荷的傳感器。
圖2所示為一截面懸臂梁彈性元件,在其同一截面正反兩面粘貼應(yīng)變片,組成差動(dòng)工作形式的電橋輸出。
圖2 懸臂梁式測(cè)力傳感器示意圖
若梁的自由端有一被測(cè)力p,則應(yīng)變片感受的應(yīng)變?yōu)?br>電橋輸出為
usc=kεu 0 (4-23)
式中: ;
l——應(yīng)變計(jì)中心處距受力點(diǎn)距離;
b——懸臂梁寬度;
h——懸臂梁厚度;
e——懸臂梁材料的彈性模量;
k——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)。
(2) 兩端固定梁
這種彈性元件的結(jié)構(gòu)形狀、參數(shù)以及應(yīng)變片粘貼組成橋的形式如圖3所示。它的懸臂梁剛度大,抗側(cè)向能力強(qiáng)。粘貼應(yīng)變片感受應(yīng)變與被測(cè)力p之間的關(guān)系為
它的電橋輸出與式(4-23)相同。
圖3 兩端固定式測(cè)力傳感器示意圖
(3) 梁式剪切彈性元件
與梁式彈性元件相比,它的線(xiàn)性好、抗偏心載荷和側(cè)向力的能力大,其結(jié)構(gòu)和粘貼應(yīng)變片的位置如圖4所示。
圖4 梁式剪切型測(cè)力傳感器示意圖
粘貼應(yīng)變片處的應(yīng)變與被測(cè)力p之間的關(guān)系近似為
式中: g為彈性元件的剪切模量;b和h為粘貼應(yīng)變片處梁截面的寬度和高度。
3. 扭矩測(cè)量
圖5為電阻應(yīng)變轉(zhuǎn)矩傳感器。應(yīng)變片感受的應(yīng)變與被測(cè)試件的扭矩mt的關(guān)系如下式:
mt=2gwt (4-26)
式中: g=e/2(1+μ)為剪切彈性量;
wt為抗扭截面模量,實(shí)心圓軸的wt=πd +3/16,
空心圓軸的wt=πd3(1-α +4)/16,α=d/d,
d為空心圓柱內(nèi)徑,d為外徑。
圖5 轉(zhuǎn)矩傳感器示意圖