第三章2 力、扭矩和压力传感器.ppt

第二节 扭矩传感器 一、电阻应变式扭矩传感器 在待测扭矩的轴类零件表面粘贴应变片，当轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生应变，此应变由应变片测量。 由材料力学可知：轴体在扭矩T作用下，表面沿着与轴线成45°和135°的斜角方向产生主应力（最大拉应力与最大压应力），这一应力所对应的主应变为： 集流环按工作原理可分为电刷—滑环式、水银式和感应式（无接触式、变压器式）等几种。 采用全桥测量时，需要四对电刷—滑环式集流装置；采用半桥测量时，则需三对电刷—滑环式集流装置。 具体介绍见书P47，自学了解。 二、压磁式（磁弹式）扭矩仪 **压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。 磁弹效应：强磁(铁磁和亚铁磁)物质受磁场作用或磁化状态改变时，引起力学性质(弹性、长度、体积等)变化的效应。 三、电容式扭矩测量仪 **电容式扭矩测量仪是利用机械结构，将轴受扭矩作用后的两端面相对转角变化变换成电容器两极板之间的相对有效面积的变化，引起电容量的变化来测量扭矩。 优点：灵敏度高，测量时需要集流装置传输信号。 四、光电式扭矩测量仪 在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩增大。 当轴上扭矩为零时，带孔圆盘的透光窗口完全对准，透光面积最大，光电元件输出的脉冲电流宽度最大，微安表指示满度。 当轴传递扭矩时，轴变形，使圆盘重合的透光面积减小。光电元件输出脉冲电流的宽度相应减小，微安表指示值减小，与扭矩值成反比。 光电扭矩测量仪的工作速度为（100—800）r/min，测量精度为1%。 五、钢弦式扭矩传感器 钢弦式扭矩传感器是将扭矩转换成钢弦固有频率变化进行工作的，可通过测量钢弦振动频率的方法确定轴所受的扭矩。 钢弦式扭矩传感器抗干扰能力强，允许导线长达几百米到几千米，测量精度可达±1%，但结构复杂。 第三节 压力传感器 介质垂直作用于单位面积上的力称为压力，用P表示： 式中：P——压力（Pa）； F——垂直作用力（N）； S——作用面积（m2）。 作用于单位面积上的全部压力称为绝对压力P绝，而把测量仪表所指示的压力称为表压力P。 一、液柱式压力转换原理 液柱式压力计利用液柱产生的压力与被测介质压力相平衡的原理进行测压。 对U型管液柱压力计： 一端通被测压力P1（绝对压力），另一端通大气P0，在压力差作用下，液面产生h的高度差，即：P1= P0+ρgh 则P1表 = P1- P0=ρgh 式中h——两液面高度差（m）； ρ——管内液体的密度（kg/m3） 对斜管液压计： 与被测压力P1相通的玻璃管直径很大，另一玻璃管制成倾斜式通大气压P0，在压差作用下，液面产生h的高度差，即：P1= P0+ρgh 则P1表 =ρg（h1+h2） 而h1S1=lS2 故 h1=lS2/S1 P1表 =ρg（h1+h2）= ρgl（S2/S1+sinα） 式中 l——沿细管上升的液柱高度（m）； S1、S2——粗管和细管的内截面积（m2） α——细管倾斜角度（°） 当液柱式压力计的结构参数及工作液选定后，被测压力的大小仅与h或l有关。斜管压力计只需一次读数，减小了读数误差，测量精度较高；由于读的是沿斜管上升的液柱长度，提高了测量灵敏度。 液柱式压力计测试时应注意密度及温度与标定时的差异，必要时引入修正系数对测量结果进行修正。测试时压力计应平放，液柱内不允许有气泡。 二、活塞式压力转换原理 活塞式压力计是较精密的测量仪器，广泛应用于基准和标定工作中，此压力计利用力平衡原理制成。 工作时应水平放在平稳无振动的工作台上，在顶起砝码，系统处于平衡状态时，要求测量活塞插入活塞筒内的深度≥总长的2/3，活塞在筒内能均匀平稳转动，并保持足够的持续旋转时间，以减小活塞与活塞筒壁之间的摩擦力。 三、弹性式压力传感器元件 指针式压力计和压力传感器都是根据弹性变形原理工作的。某种特定形式的弹性元件在被测流体和气体压力作用下，将产生与被测压力成一定函数关系的机械变位，经转换装置转换成指针的偏