中南大学传感与检测ppt ch18-力、压力和力矩测量.ppt

2）压磁式测力 右图为一种典型的压磁式测力传感 器结构。弹性梁的作用是对压磁元件施 加预压力和减小横向力和弯矩的干扰， 钢球则是用来保证力F沿垂直方向作用， 压磁元件和基座的联接表面应十分平整 密合。 压磁式测力传感器具有输出功率大(但输出电压需滤波和整流处理)、扰干扰能力强、精度较高、线性好、寿命长、维护方便，能在有灰尘、水和腐蚀性气体的环境中长期运行等优点。可测很大负荷，达1M牛以上，精度1％。 3）压电式测力-压电式力传感器 压电式传感器应用正压电效应，将机械量(力)转换成电量。作为测力传感器，有以下特点： ①静态特性好，即灵敏度、线性度好、滞后小。压电式传感器的敏感元件自身的刚度很高，受力后，产生的电荷量仅与力值有关而与变形元件的位移无直接关系，因而提高刚度基本上不受灵敏度的限制，可同时获得高刚度和高灵敏度； ②动态特性亦好，即固有频率高、工作频带宽，幅值相对误差和相位误差小、瞬态响应上升时间短。故特别适用于测量动态力和瞬态冲击力； ③稳定性好、抗干扰能力强； ④采用大时间常数的电荷放大器时，可测准静态力，但长时间的连续测量静态力将产生较大的误差。 3）压电式测力-压电式力传感器 拉、压型单向测力传感器 如图所示，采用两片压电晶片反叠，提高灵敏度一倍。对小力值传感器，可用多晶片重叠的方式来提高其灵敏度。 双向测力传感器 如图，采用两对不同切型(x和y) 的石英晶片组成传感器元件。两对 压电晶片分别感受x向和y向作用力， 并由各自的引线分别输出。 三向测力传感器 如图，结构与双向式类同，采用三对不同切型的石英晶片，一对敏感z轴，另两对正交放置，分别敏感x和y轴，可同时测出空间任意方向作用力在x、y、z三个方向上的分力。 压力是工业生产过程中的重要参数之一，也是一个重要的安全指标。压力的测量与控制在工业生产中有特殊地位。 压力由力和面积导出，不是基准量。压力标准由准确度很高的标准仪器提供。国家建立了压力量值传递系统，见教材表4-1。由于压力可转变为作用在已知面积上的力，故压力的测量方法与力测量方法基本相同。工业生产过程中压力测量的条件、范围与精度要求各异，其测量方法非常丰富。 常用测量方法按原理可分四种：基于流体静力原理的液压测压法；根据弹性元件受力变形并利用机构将变形量放大的弹性变形测压法；基于静力平衡原理与作用在已知面积上重量比较的负荷压力测压法和通过弹性元件制成的多种电学量测压力方法。 根据测压原理，测压仪表可分四大类：液体式压力计、弹性式压力计、负荷式活塞压力计和电气式压力计。 1）液体式压力计 它是利用液体静力平衡原理，将被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，采用液柱的高度差来测量压力的仪器。其型式可以有U形管压力计、单管压力计、倾斜微压计、补偿微压计和自动液柱式压力计等。 液体式压力计中所使用的液体有水银、蒸馏水和乙醇等。要求所用液体不能与被测介质化学作用，并使其分界面具有清晰的分界线，便于判别读数。 2）弹性式压力计 基于弹性元件(单圈或多圈弹管、 膜盒、膜片、波纹管等)受压后产生 的位移与被测压力呈一定函数关系。 右图为弹簧管压力表。被测压力 迫使弹簧管自由端位移，位移由曲柄 连杆、扇形齿轮与小齿轮构成的传动 机构放大，转换成指针的旋转在度盘上指示出被测压力值。 弹性式压力表因价格低廉、结构简单、坚实牢固而应用广泛。其测量范围从微小压力或负压力到高压，精确度等级一般为1~2.5级，精密型的可达0.1级。可直接安装在各种设备上或露天作业场合。但响应频率低，不宜测动态压力。 3）负荷式压力计 基于静力平衡原理，有活塞式、浮球式和钟罩式三大类。 右图为最常用的油压活塞式压力计，根 据静力学平衡原理和帕斯卡定理工作。 工作原理：转动手轮，使油压系统压 力升高，直至活塞2被顶起，这时压力 表的指示值应等于砝码重力W和砝码 盘及活塞的总重力W0除以活塞有效面 积A，即压力：p=(W+W0)/A。 特点：计量范围广、结构简单、 稳定可靠、精度高、重复性好， 可测量正、负及绝对压力，常用 作压力基准器，进行精密测压。 1）概述 电气式压力计一般由压力传感器和电子测量线路或压力变送器构成。 压力传感器用于感受被测压力并将压力信息转换为电气信号输出，供信号处理、显示控制用。它通常可分为基于力敏原理和基于压力位移转换原理两大类。常见：电阻式、电感式、电容式、振频式、霍尔式、超声式、石英谐振式、光电式、激光式等多种类型。 2）压力传感器 应变式压力传感器主要有