[工程科技]第7章力、压力和位移测量.pptVIP

第七章力、压力和位移测量 7.1 力传感器及其测量技术 7.2 压力传感器及其测量技术 7.3 位移传感器及其测量技术 7.1 力传感器及其测量技术 7.1.1 应变式测力传感器及其测量技术 7.1.2 压电式测力传感器及其测量技术 7.1.1 应变式测力传感器及其测量技术 （1）工作原理： 柱式及筒式测力传感器 结构 敏感元件——弹性柱/筒 力作用在轴向产生变形 转换元件——应变片 转换电路——电桥 工作方式：受压式、受拉式 力的作用点或方向造成横向力-产生附加弯矩-造成测力误差 ——采用径向刚度大大高于轴向刚度的横向定位膜片 特点:体积小、结构紧凑、构造简单、可以承受很大的载荷 剪切梁式测力传感器 结构 敏感元件——剪切梁 受力F作用，在梁的切向产生剪切力（沿梁的方向等强度分布） —→切应力—→与梁的中心轴线成±45o方向有拉伸和压缩应力 转换元件——应变片 贴在梁侧面与中心轴成45度并相互垂直的位置上 转换电路——电桥 R1、R3受拉伸?增加；R2、R4受压缩?减小——全桥测量 特点：体积小、结构简单、线性好、测量精度高 7.1.2 压电式测力传感器及其测量技术 （1）工作原理与结构 （2）应用中注意问题 (a) 不可用于静态、准静态信号的测量， 频率下限由后续放大器性质决定 (b) 精度受电缆噪声影响 在使用中固定好传感器的引出电缆 选用低噪声的同轴电缆 LC05系列产品 测量动态、短期静态的振动和冲击力，机械结构的拉伸和压缩力 与激振器配合，能够测量和控制激振力 与加速度、速度传感器配合，可测量机械阻抗 7.2 压力传感器及其测量技术 压力——压强 单位面积上所受到的作用力，即垂直作用力/面积 工程上则习惯于称其为“压力” 单位：Pa(帕、N/m2 ) 、兆帕（MPa） 应用：气压、液/油压 7.2.1 液柱式压力计测量技术（1）U形管式压力计 工作原理:压力平衡。 结构：U形管＋工作液体 若一端通压力（或大气），另一端接被测压力，由 压力平衡可得： 式中， 为工作液体的重度， 为被测介质的重度。 若被测介质重度远小于工作液体的重度，则有： （2） 斜管微压计 斜管微压计也是一种管式压力计，是一种专供测量微小压力（静态压力）的实验仪器。 结构：U形管的垂直管倾斜到夹角α，放大了读数 分辨率：读数最小单位是0.1mm 若工作液体重度为γ，则压力可通过下式计算： 液柱式压力计测量误差： 1)环境条件的影响 读数标尺因温度变化会膨胀或收缩，工作液体比重也会受当地温度和重力加速度的改变而改变。 2)安装的影响 一般U形管采用自由悬挂的方式来安装。 3)毛细管现象的影响 工作液体在管内的毛细现象，将使液柱产生附加的升高或降低，其值取决于工作液的种类、温度及管子内径。因此，要求所用液柱管的内径不能太细。 4)读数方面的影响 由于液体与固体间表面张力的影响，玻璃管中水银柱液体是凸起的，而水面则是下凹的。读数时，应注意从凸面或凹面的顶点算起。 7.2.2 机械式压力计测量技术 （1）波登管 波登管是大多数指针式压力计的弹性敏感元件，其横截面的纵横直径比愈大，则灵敏度越高，但其强度越低。 C形波登管最高测量压力高达1000兆帕。 螺线型和螺旋型的结构，在同样压力下可比C型结构得到较大的输出 优点：测量精度高，可测压力高。 缺点：尺寸大，固有频率较低，不宜作为动态压力传感器敏感元件。 （2）膜片 中低压压力传感器多采用平膜片作为敏感元件。最高压力可达100兆帕。 一般采用位移传感器来感测膜片中心的位移或在膜片表面粘贴应变片来感测其表面应变。 弹性膜片最低阶固有频率是限制测量频率范围的频率，它与膜片厚度、膜片半径、膜片材料的密度、弹性膜量等许多因素有关。 当被测压力较低，平膜片产生的位移过小，不能达到所要求的最小输出时，可采用波纹膜片和膜盒。 （3）波纹管：指针式压力计的弹性敏感元件 波纹管可在较低的压力下得到较大的变位，它可测的压力较低，对于小直径的黄铜波纹管，最大允许压力约为1MPa 机械式压力计使用中注意问题 1）根据所测压力的误差要求，正确选择压力表的精度等级。 2）若压力计长期处于振动环境中工作,会造成指针传递件间的摩擦，影响测量精度，因此应安装隔振措施。 3）从取样点到压力表的信号管路应尽可能短，且取压管的内