东南大学 交通基础设施检测技术课件 第3章 力学量检测技术.ppt

第3章 力学量检测技术 3.1 压力测量 3.2 力的测量 3.3 转矩测量 在工业生产、科学研究等各个领域中，压力、力和转矩是经常需要测量的重要参数。这些参数都是力的现象，因此在测量方法和所用仪器设备上有很多相同的地方。 本章介绍压力、力和转矩的测量方法、测量中所用的仪器设备及所用典型传感器的基本原理及结构。 3.1 压力的测量 3.1.1压力的基本概念 压力是工业生产过程中重要的工艺参数之一，正确地测量和控制压力是保证工业生产过程良好地运行，达到高产优质低耗及安全生产的重要环节。 2. 压力的表示方法 由于参照点不同，在工程上压力有几种不同表示方法。 (1)绝对压力 (2)大气压力 (3)表压力 (4)真空度(负压) (5)差压(压差) 图3-1 各种压力之间的关系 这几种表示法的关系如图3-1所示。此外，工程上按压力随时间的变化关系还有静态压力(不随时间变化或变化缓慢的压力)和动态压力(随时间作快速变化的压力)之分。 3. 压力的计量单位 压力是力和面积的导出量。在国际单位制中，取力的单位为牛顿，面积单位为米2，则压力单位为牛顿/米2，用符号N/m2表示；压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa＝1N/m2。因帕单位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。 由于历史发展的原因、单位制的不同以及使用场合的差异，压力还有多种不同的单位。目前工程技术部门仍在使用的压力单位有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。 4. 压力检测的基本方法 根据不同工作原理，压力检测方法可分为如下几种： (1) 重力平衡方法 (2) 弹性力平衡方法 (3) 机械力平衡方法 (4) 物性测量方法 3.1.2 常用压力检测仪表 ?1. 液柱式压力计 应用液柱测量压力的方法是以流体静力学原理为基础的。一般是采用充有水或水银等液体的玻璃U形管、单管或斜管进行压力测量的，其结构形式如图所示。 (1) U形管压力计 (2)单管压力计 (3)斜管压力计 2. 弹性压力计 当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件便产生相应的弹性变形(即机械位移)。根据变形量的大小，可以测得被测压力的数值。 弹性压力计的组成环节如图3-3所示: 弹性元件是核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用何种形式要根据测量要求选择和设计； 在弹性元件与指示机构之间是变换放大机构，其作用是将弹性元件的变形进行变换和放大； 指示机构(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值；调整机构用于调整零点和量程。 图3-3 弹性压力计组成框图 (1) 弹性元件 同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜等，如表3-2所示。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量。 表3-2 弹性元件的结构和特性 弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。 通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒式压力计等。 (2) 弹簧管压力计 弹簧管式压力计是工业生产上应用很广泛的一种直读式测压仪表，以单圈弹簧管结构应用最多。其一般结构如图3-4所示。 被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时针偏转，并带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺上指示出被测压力值。 图3-4 弹簧管压力计结构 1-弹簧管；2-连杆；3-扇形齿轮；4-底座；5-中心齿轮；6-游丝；7-表盘；8-指针；9-接头；10-横断面；11-灵敏度调整槽 通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。 弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为-