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第4章 常见非电参数的检测方法 4.1 力、压力和转矩的测量 4.1.1 力的测量 压力单位转换对照表 U形压力真空计 下图为一种压阻式压力传感器的结构示意图，硅膜片在圆形硅杯的底部，其两边有两个压力腔，分别输入被测差压或被测压力与参考压力。髙压腔接被测压力，低压腔与大气连通或接参考压力。 膜片上的两对电阻中，一对位于受压压力区，另一对位于受拉应力区，当压力差使膜片变形，膜片上的两对电阻阻值发生变化，电桥失去平衡，输出电压与压差成比例。 4.2 位移、物位和厚度的测量 4.6 温度的测量（P277） 2、电流型集成温度传感器AD590 4.3 速度、加速度与振动的测量 4.4 转速的测量 由上式可知：如果在使用中，弹簧的初始压缩量 不够大，或者被测物体的振动频率 过高或振幅 过大，都会使上述跟随条件得不到满足，从而使顶杆与被测物体发生脱离或撞击，故该方式只能在一定的频率和振幅范围内工作。 2）绝对振动电测法 被测物体相对大地或惯性空间的往复运动，称为绝对运动。绝对振动传感器的工作原理如图4.54（a）所示。整个传感器被固定在被测物体上，传感器中的固定部分与被测物体一起运动。它的构成系统称为弹簧质量系统。由牛顿运动方程可知，加速度和力是通过质量联系在一起的。可以将弹簧质量系统作为传感器，使之与被测系统直接连在一起，当从系统框架外部施加振动位移或加速度时，设检测系统外壳与 质量 之间的相对位移为 ，支点位移为 ，那么质量的绝对位移 为： 弹簧力和阻尼力都与相对位移有关，其运动方程式为： （4.48） 式中 ——弹簧系数； ——阻尼系数。 振动系统的运动方程式为： （4.49） 此式表明：支点位移为 的振动系统等价于支点静止，受外力为 冲击的加速度系统。其运动方程解为： （4.50） 其中： 由此可知：根据弹簧质量系的固有角振动频率 与支点的角振动频率 的关系，测量支点与质量 的相对位移 不仅可以求出支点的位移变化即振动幅值，而且可以求出支点的加速度及速度；其关系式是以下3种绝对振动电测法的理论基础。 图4.54 绝对振动传感器的工作原理(a) 图4.54 绝对振动传感器的工作原理(b) （2）加速度测量原理 1）支点位移测量（ 的情况） 当固有角振动频率 远远小于支点的角振动频率 时，即 。由上式可得： 即： 也就是说：相对位移的振幅 与支点位移的振幅A大小相等、方向相反。这种振动测量称为位移测量。通常要使用大质量和低弹性弹簧。此时绝对位移 ，即位移测量时的质量基本静止不动。 2）支点加速度测量（ 的情况） 当固有角振动频率 远远大于支点的角振动频率 时，即 。由上式得： 即： 也就是说：相对位移 的幅值与支点加速度 成正比。这种振动测量称为加速度测量。它要用小质量和高弹簧性弹簧，并且在 的范围内， 时可以得到高精度的加速度测量结果，图4.54（b）中的虚线表示了加速度与 的关系。 3）支点速度测量（ 的情况） 当固有角振动频率 等于支点的角振动频率 时，即 。由上式可得： 即： 也就是说：相对位移 的幅值与支点速度 成正比，这种振动测量称之为速度测量。但由于是在共振动状态下使用，振幅过大时会破坏弹簧等测量装置元件，很难实用化。 （3）典型测振传感器 测振传感器种类较多，应用范围极广。现将工程实际中常用的测振动传感器介绍如下： 1）磁电式速度传感器 磁电式速度传感器是利用电磁感应原理将传感器的质量与壳体的相对速度转换成电压输出。图4.55为磁电式相对速度传感器的结构图，它用于测量两个试件之间的相对速度。壳体6固定在一个试件上，顶杆1顶住另一个构件，磁铁3通过壳体构成磁回路，线圈4置于回路的缝隙中，两试件之间的相对振动速度通过顶杆使线圈在磁场气隙中运动，线圈因切割磁力线而产生感应电动势 ，其大小与线圈运动的线速度 成正比。如果顶杆运动符合前述的跟随条件，则线圈的运动速度就是被测物体的相对振动速度，因而输出电压与被测物体的相对振动速度成正比关系。 图4.55 磁电式相对速度传感器 1—顶杆 2—弹簧片 3—磁铁 4—线圈