《力压力和位移测量》PPT课件

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1、机械工程测试技术——力、压力和位移测量（2）第七章内容1、力传感器及其测量技术2、流体压力传感器及其测量技术3、位移传感器及其测量技术重点：掌握各种常见的力、压力和位移测量方法力物体对物体的作用：物体变形；物体运动单位：牛顿（N）、千牛（kN）、公斤（kg）1kg＝9.8N分类：静力、动态力应用：称重、应变、扭矩1、力测量应变式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

2、、构造简单、可以承受很大的载荷1、力测量1－弹性柱（筒）2－应变片3－横向定位膜片4－传感器体应变式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1、力测量FR1(R3)R2(R4)剪切力压电式动态力传感器结构敏感元件——弹性膜片受力F作用，弹性膜片传递力转换元件——压电元件转换电路电压放大器

3、——受频率以及电缆影响，一般精度测量电荷放大器——几乎不受电缆长度影响，高精度测量1、力测量压电元件传感器体弹性膜片电极引线F压电式动态力传感器应用电荷泄漏——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）减小电缆的影响固定好传感器的引出电缆选用低噪声的同轴电缆接地问题消除接地回路：绝缘连接、单点接地转换电路1、力测量错误正确在振动最小点离开试件测力装置的动态测量动态误差负载效应：改变/影响了被测体状态，造成力测量的误差——直接利用被测系统的构件作为测力装置的弹性元件测量装置阻尼力及惯性力的影响（弹性——质量）测量装置为二阶系统，其频率特性不满足不失真测量—

4、—在整个频率范围内进行全面标定和校准1、力测量测力装置的动态测量交叉干扰多向测力，相互影响精心设计弹性元件，使变形合理正确选择应变片粘贴部位利用修正来减小交叉干扰频率特性——校准1、力测量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1、力测量流体压强单位面积上所受到的流体作用力，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2、流体压力测量U形管压力计测量技术原理：压力平衡U形管＋定量工作液体若一端通压力（或大气

5、）P0，另一端接被测压力P∆h为两侧的液面差值,γ为重度（＝ρ密度xg重力加速度）被测介质（如气体）重度远小于工作液体的重度：2、流体压力测量γ1工作液体γ2被测介质γ1越小，△h就越大,说明选用密度较小的工作液体，可以提高压力计的灵敏度。U形管压力计测量技术精度：取决于刻度及读数的方式一般U形管压力计读数刻度的最小单位是1mm配备光学读数装置，提高读数精度适用范围测量低压负压或压差优点:结构简单、使用方便、价格低廉缺点:玻璃管易破碎、体积偏大、读数不方便2、流体压力测量γ1工作液体γ2被测介质U形管压力计测量技术误差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

6、也会受当地温度和重力加速度的影响安装的影响：自由悬挂毛细管现象的影响管内的毛细现象: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、温度及管子内径要求所用液柱管的内径不能太细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2、流体压力测量斜管微压计结构：U形管的垂直管倾斜到夹角α，放大了读数精度：读数最小单位是0.1mm适用范围：专供测量微小压力的实验用仪器2、流体压力测量实际应用时α可以改变，α越小，灵敏度越高液面拉得也越长，会影响读数的准确性，并且α太小会使压力测量范围过小一般α不小于1

7、50弹性式压力计：波登管、膜片、波纹管波登管:指针式压力计的弹性敏感元件横截面为空心椭圆形或扁圆形的金属管通入有一定压力的流体时，管内外的压力差迫使管截面趋于圆形，导致波登管封闭的自由端产生线位移或角位移横截面纵横直径比愈大，波登管灵敏度越高，但强度降低优点是：测量精度高，可测兆帕级压力缺点是：尺寸大，固有频率较低，不宜作为动态测量2、流体压力测量弹性式压力计：波登管、膜片、波纹管膜片:中低压压力计的敏感元件在压力作用下，迫使膜片产生相应的弹性变形——位移借助连杆组经传动机构的传动并予放大齿轮指针在膜片表面粘贴