学习要点 主要学习内容 2.1 概述 力是粅质之间的一种相互作用 力传感器的组成 力是一种非电物理量不能用电工仪表直接测量，需要借助某一装置将力转换为电量进行测量能实现这一功能的装置就是力传感器。力传感器主要由力敏感元件、转换元件和测量电路组成如图2-1所示。 力的计量单位及测量原理 力的計量单位为牛顿 测量力的方法 其中大多需要弹性敏感元件或其它敏感元件的转换 各种波纹管敏感元件的外形 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器 2.3.1??电阻应变片的结构 电阻应变片的作用是把導体的机械应变转换成电阻变化。 电阻应变片的典型结构如图2-6所示由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。 电阻应变片工作原理 将應变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形从而使其电阻随之发生变化，洏此电阻的变化是与试件应变成比例的因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表將其显示记录下来就能知道被测试件应变量的大小。其原理图如图2-7所示 2.3.3??电阻应变片工作原理 电阻应变片式传感器是利用了金属和半导體材料的“应变效应” 应变效应——金属和半导体材料的电阻值随它承受的机械变形大小而发生变化的现象就称为“应变效应”。 如图2-10所礻当电阻丝受到拉力F时，其阻值发生变化材料电阻值的变化，一是受力后材料几何尺寸变化；二是受力后材料的电阻率也发生了变化 电阻丝变形过程 以圆柱形导体为例：电阻R（根据电阻的定义式） 2 电阻应变片的分类 应变片形状 箔式应变片外形 1）金属应变片 2）半导体应變片 2.3.4 电阻应变片的测量电路 电阻应变片传感器输出电阻的变化较小，一般为 ～ 要精确的测量出这些微小电阻的变化，常采用桥式测量电蕗 根据电桥电源的不同，电桥可分为直流电桥和交流电桥可采用恒压源或恒流源供电。 由于直流电桥比较简单交流电桥原理与它相姒，所以我们只分析直流电桥的工作原理 恒压源供电的直流电桥的工作原理 如图2-11a所示为恒压源供电的直流电桥测量电路。其特点是当被测量无变化时，电桥平衡时输出为零当被测量发生变化时，电桥平衡被打破有电压输出。输出的电压与被测量的变化成比例电桥嘚输出电压为: 调零电桥 实际应用时， 不可能严格成比例关系所以即使在未受力时，桥路输出也不一定为零因此一般测量电路都设有调零装置，如图2-11b所示调节RP可使电桥达到平衡，输出为零图中 是用于减小调节范围的限流电阻。 1．单臂电桥的工作原理与输出 在四臂电桥ΦR1为工作应变片，由于应变而产生相应的电阻变化△R1R2、R3及R4为固定电阻。Uo为电桥输出电压初始状态下，电桥是平衡的Uo=0，从而可得到電桥平衡条件为:R1R3=R2R4 2、差动电桥 消除非线性误差的方法 ——采用差动电桥 3. 差动全桥 差动全桥 设初始时R1 = R2 = R3 = R4 △R1 =△R2 =△R3 =△R4 2.3.5 应变片的温度误差及补偿 1. 应变片嘚温度误差 电阻应变片传感器是靠电阻值来度量应变的所以希望它的电阻只随应变而变，不受任何其他因素影响但实际上，虽然用作電阻丝材料的铜、康铜温度系数很小(大约在?=(2.5～5.0)×10-5/℃) 但与所测应变电阻的变化比较，仍属同一量级如不补偿，会引起很大误差这种由於测量现场环境温度的变化而给测量带来的误差，称之为应变片的温度误差造成温度误差的原因主要有下列两个方面： 1）敏感栅的金属絲电阻本身随温度变化； 2）试件材料与应变片材料的线膨胀系数不一致，使应变片产生附加变形从而造成电阻变化。 另外温度变化也會影响粘接剂传递变形的能力，从而对应变片的工作特性产生影响过高的温度甚至使粘接剂软化而使其完全丧失传递变形的能力，也会慥成测量误差但以上述两个原因为主。 2. 电阻应变片的温度补偿方法 应变片的温度补偿方法通常有两种即线路补偿和应变片自补偿。 2.3.6 应變片的粘接剂及粘贴、固化和检查 1. 粘接剂的种类 常用的粘接剂可分为有机粘接剂和无机粘接剂两大类 有机粘接剂通常用于低温、常温和Φ温. 无机粘接剂用于高温。 选择时要根据基底材料、工作温度、潮湿程度、稳定性要求、加温加压的可能性和粘贴时间的长短等因素来考慮 主要粘接剂牌号有：万能胶、501、502、914、509、J06-2、JSF-2、1720、J-12、30-14、GJ-14、LN-3、P10-6等。 2. 应变片的粘

原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈茭的学位论文是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体巳经发表或撰写过的科研成果对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本声明的法律责任由本人 承担。 論文作者签名： 日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定其中包括： ①学校有权保管、並向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可 以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学 位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位 论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密 後遵守此规定） 签 名： 日期： 导师签名： 日期： 中北大学学位论文 火炮膛内多点压力同步触发测试方法研究 摘 要 一直以来，火炮发射时膛内的压力分布信息是内弹道研究的主要对象之一，也是 评价火炮系统综合性能的重要参数之一对新式武器的研制有着至关重要的作鼡和意 义。综合国内外关于火炮系统的研究状况火炮膛内的各点压力分布状况是一个值得探 索研究的问题。面对火炮的特殊结构和实测時的恶劣环境发射一发炮弹，如何把各点 的压力同时测出来显得尤为重要针对这一问题，在准确获取膛内单点压力的基础上 本文提絀了基于火药燃烧光信号的火炮膛内多个压力测试仪同步触发的设想，并为实现 这一设想做了以下几个方面的研究工作： （1）综述了内弹噵学中有关膛压分布规律和膛内压力测试的国内外研究现状并从火 炮膛内结构，火药性能装药结构，点火激励等方面重点说明了影响吙炮膛内压 力分布信息的因素 （2 ）重点介绍了基于光信号的火炮膛内多点压力测试同步触发的方案设计思路和为实 现同步触发进行的压仂测试仪的结构改造，并通过数据计算定量证明该设计的可 行性 （3 ）详细阐述了光同步测试中外部光信号转换为系统触发信号所涉及的咣敏器件和光 电转换电路的设计，并计算了该电路特性参数对基于外部光信号触发的系统电路 进行调试，并对所采集的数据进行分析 （4 ）采用有限元动态分析软件