1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 力、壓力和位移測(cè)量（力、壓力和位移測(cè)量（2）第七章第七章內(nèi)容內(nèi)容 1、力傳感器及其測(cè)量技術(shù)、力傳感器及其測(cè)量技術(shù)2、流體壓力傳感器及其測(cè)量技術(shù)、流體壓力傳感器及其測(cè)量技術(shù)3、位移傳感器及其測(cè)量技術(shù)、位移傳感器及其測(cè)量技術(shù)重點(diǎn)重點(diǎn)：掌握各種常見的力、壓力和位移測(cè)量方法掌握各種常見的力、壓力和位移測(cè)量方法 n力力物體對(duì)物體的作用：物體對(duì)物體的作用：物體變形；物體運(yùn)動(dòng)物體變形；物體運(yùn)動(dòng) 單位：牛頓（單位：牛頓（N）、千牛（）、千牛（kN）、公斤（）、公斤（kg）1 kg 9.8 Nn分類：靜力、動(dòng)態(tài)力分類：靜力、動(dòng)態(tài)力n應(yīng)用：稱重、應(yīng)變、扭矩應(yīng)用：稱重、應(yīng)變、扭矩1

2、 1、力測(cè)量、力測(cè)量應(yīng)變式應(yīng)變式 柱式及筒式測(cè)力傳感器柱式及筒式測(cè)力傳感器n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)敏感元件敏感元件彈性柱彈性柱/ /筒筒 力作用在軸向產(chǎn)生變形力作用在軸向產(chǎn)生變形轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件應(yīng)變片應(yīng)變片轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路電橋電橋n工作方式：受壓式、受拉式工作方式：受壓式、受拉式n力的作用點(diǎn)或方向造成橫向力力的作用點(diǎn)或方向造成橫向力-產(chǎn)生產(chǎn)生附加彎矩附加彎矩-造成測(cè)力誤差造成測(cè)力誤差 采用徑向剛度大大高于軸向剛度的橫向采用徑向剛度大大高于軸向剛度的橫向定位膜片定位膜片n特點(diǎn)特點(diǎn): :體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡(jiǎn)單、可以承受很大的載荷體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡(jiǎn)單、可以承受很大的載荷1 1、力測(cè)量、力測(cè)量1彈性柱（筒

3、）彈性柱（筒） 2應(yīng)變片應(yīng)變片3橫向定位膜片橫向定位膜片 4傳感器體傳感器體應(yīng)變式應(yīng)變式 剪切梁式測(cè)力傳感器剪切梁式測(cè)力傳感器n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)敏感元件敏感元件剪切梁剪切梁 受力受力F F作用，在梁的切向產(chǎn)生剪切力（沿梁的方向等強(qiáng)度分布）作用，在梁的切向產(chǎn)生剪切力（沿梁的方向等強(qiáng)度分布） 切應(yīng)力切應(yīng)力與梁的中心軸線成與梁的中心軸線成4545方向有拉伸和壓縮應(yīng)力方向有拉伸和壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件應(yīng)變片應(yīng)變片 貼在梁側(cè)面與中心軸成貼在梁側(cè)面與中心軸成4545度并相互垂直的位置上度并相互垂直的位置上轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路電橋電橋 R R1、R R3受拉伸受拉伸增加；增加；R R2、R R4受壓縮受壓縮減小減小全

4、橋測(cè)量全橋測(cè)量n特點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性好、測(cè)量精度高特點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性好、測(cè)量精度高1 1、力測(cè)量、力測(cè)量FR1(R3) R2(R4)剪切力壓電式壓電式 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)力傳感器力傳感器n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)敏感元件敏感元件彈性膜片彈性膜片 受力受力F F作用，彈性膜片傳遞力作用，彈性膜片傳遞力轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件壓電元件壓電元件 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 電壓放大器電壓放大器受頻率以及電纜影響，一般精度測(cè)量受頻率以及電纜影響，一般精度測(cè)量 電荷放大器電荷放大器幾乎不受電纜長度影響，高精度測(cè)量幾乎不受電纜長度影響，高精度測(cè)量1 1、力測(cè)量、力測(cè)量壓電元件壓電元件傳感器體傳感器體彈性膜片彈性膜片電極電極引線引線

5、F壓電式壓電式 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)力傳感器力傳感器n應(yīng)用應(yīng)用電荷泄漏電荷泄漏不可用于靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)的測(cè)量不可用于靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)的測(cè)量 （頻率下限由后續(xù)放大器性質(zhì)決定）減小電纜的影響減小電纜的影響固定好傳感器的引出電纜選用低噪聲的同軸電纜 接地問題接地問題 消除接地回路：絕緣連接、單點(diǎn)接地轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路1 1、力測(cè)量、力測(cè)量錯(cuò)誤的 正確的 電纜應(yīng)在振動(dòng)最小點(diǎn)離開試件C錯(cuò)誤 正確 在振動(dòng)最小點(diǎn)離開試件 測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)量測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)量n動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng)：改變：改變/ /影響了被測(cè)體狀態(tài)，造成力測(cè)量的誤差影響了被測(cè)體狀態(tài)，造成力測(cè)量的誤差 直接利用被測(cè)系統(tǒng)的直接利用被測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)件構(gòu)件

6、作為測(cè)力裝置的彈性元件作為測(cè)力裝置的彈性元件測(cè)量裝置阻尼力及慣性力的影響（彈性測(cè)量裝置阻尼力及慣性力的影響（彈性質(zhì)量）質(zhì)量） 測(cè)量裝置為測(cè)量裝置為二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)，其頻率特性不滿足不失真測(cè)量，其頻率特性不滿足不失真測(cè)量 在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行全面標(biāo)定和校準(zhǔn)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行全面標(biāo)定和校準(zhǔn)1 1、力測(cè)量、力測(cè)量測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)量測(cè)力裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)量n交叉干擾交叉干擾多向測(cè)力，相互影響多向測(cè)力，相互影響精心設(shè)計(jì)彈性元件，使變精心設(shè)計(jì)彈性元件，使變形合理形合理正確選擇應(yīng)變片粘貼部位正確選擇應(yīng)變片粘貼部位利用修正來減小交叉干擾利用修正來減小交叉干擾n頻率特性頻率特性校準(zhǔn)校準(zhǔn)1 1、力測(cè)量、力測(cè)量LC05

7、系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品測(cè)量動(dòng)態(tài)、短期靜態(tài)的振動(dòng)和沖擊力，機(jī)械結(jié)構(gòu)的拉伸和壓縮力測(cè)量動(dòng)態(tài)、短期靜態(tài)的振動(dòng)和沖擊力，機(jī)械結(jié)構(gòu)的拉伸和壓縮力與激振器配合，能夠測(cè)量和控制激振力與激振器配合，能夠測(cè)量和控制激振力與加速度、速度傳感器配合，可測(cè)量機(jī)械阻抗與加速度、速度傳感器配合，可測(cè)量機(jī)械阻抗1 1、力測(cè)量、力測(cè)量 型型 號(hào)號(hào) 靈靈 敏敏 度度 pC/N 量量 程程 壓壓 縮縮 /拉拉 伸伸 重重 量量 gm LC0501 4 5/1 kN 22 LC0502 4 50/20 kN 50 LC0503 4 100 kN 100 LC0504 4 300kN 200 LC05 系系 列列 有有 如如 下下 共共

8、同同 指指 標(biāo)標(biāo) ： 1.固固 有有 頻頻 率率 40 kHz 2.線線 性性 度度 1% FS 3.絕絕 緣緣 電電 阻阻 1012 n流體壓強(qiáng)流體壓強(qiáng)單位面積上所受到的流體作用力，單位面積上所受到的流體作用力，即即垂直作用力垂直作用力/面積面積 工程上則習(xí)慣于稱其為工程上則習(xí)慣于稱其為“壓力壓力”單位：?jiǎn)挝唬篜a(帕帕、N/m2 ) 、兆帕（、兆帕（MPa）n應(yīng)用：氣壓、液應(yīng)用：氣壓、液/油壓油壓2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量U U形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)n原理：壓力平衡原理：壓力平衡U U形管形管定量工作液體定量工作液體若一端通壓力（或大氣）若一端通壓力（或大氣）P P0

9、 0，另一端接被測(cè)壓力，另一端接被測(cè)壓力P P h h為兩側(cè)的液面差值為兩側(cè)的液面差值, ,為為重度重度（密度密度x gx g重力加速度）重力加速度） 被測(cè)介質(zhì)（如氣體）重度被測(cè)介質(zhì)（如氣體）重度遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于工作液體的重度：工作液體的重度：2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量012()PPh P0Ph211工作液體工作液體2被測(cè)介質(zhì)被測(cè)介質(zhì)01.PPh 1 1越小，越小，h h就越大就越大, ,說明選用密度較小的說明選用密度較小的工作液體，可以工作液體，可以提高提高壓力計(jì)的壓力計(jì)的靈敏度靈敏度。 U U形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)n精度：取決于精度：取決于刻度刻度及及讀數(shù)讀數(shù)的方式的方式

10、一般一般U形管壓力計(jì)讀數(shù)刻度的最小單位是形管壓力計(jì)讀數(shù)刻度的最小單位是1mm配備光學(xué)讀數(shù)裝置，提高讀數(shù)精度配備光學(xué)讀數(shù)裝置，提高讀數(shù)精度n適用范圍適用范圍測(cè)量低壓測(cè)量低壓負(fù)壓或壓差負(fù)壓或壓差n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉n缺點(diǎn)缺點(diǎn): :玻璃管易破碎、體積偏大、讀數(shù)不方便玻璃管易破碎、體積偏大、讀數(shù)不方便 2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量P0Ph211工作液體工作液體2被測(cè)介質(zhì)被測(cè)介質(zhì)U U形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)形管壓力計(jì)測(cè)量技術(shù)n誤差誤差環(huán)境條件的影響環(huán)境條件的影響讀數(shù)標(biāo)尺因溫度變化會(huì)膨脹或收縮讀數(shù)標(biāo)尺因溫度變化會(huì)膨脹或收縮工作液體比重也會(huì)受當(dāng)?shù)販囟群椭?/p>

11、力加速度的影響工作液體比重也會(huì)受當(dāng)?shù)販囟群椭亓铀俣鹊挠绊懓惭b的影響：安裝的影響：自由懸掛自由懸掛毛細(xì)管現(xiàn)象的影響毛細(xì)管現(xiàn)象的影響管內(nèi)的毛細(xì)現(xiàn)象管內(nèi)的毛細(xì)現(xiàn)象: :將使液柱產(chǎn)生附加的升高或降低，其值將使液柱產(chǎn)生附加的升高或降低，其值取決于工作液的種類、溫度及管子內(nèi)徑取決于工作液的種類、溫度及管子內(nèi)徑要求所用液柱管的內(nèi)徑不能太細(xì)要求所用液柱管的內(nèi)徑不能太細(xì)讀數(shù)方面的影響讀數(shù)方面的影響由于液體與固體間由于液體與固體間表面張力表面張力的影響，玻璃管中水銀柱液體的影響，玻璃管中水銀柱液體是凸起的，而水面則是下凹的是凸起的，而水面則是下凹的讀數(shù)時(shí)，應(yīng)注意從凸面或凹面的頂點(diǎn)算起讀數(shù)時(shí)，應(yīng)注意從凸面或凹面的

12、頂點(diǎn)算起2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量斜管微壓計(jì)斜管微壓計(jì)n結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： U形管的垂直管傾斜到夾角形管的垂直管傾斜到夾角，放大了讀數(shù)放大了讀數(shù)n精度精度：讀數(shù)最小單位是讀數(shù)最小單位是0.1mm0.1mmn適用范圍：適用范圍：專供測(cè)量專供測(cè)量微小壓力微小壓力的實(shí)驗(yàn)用儀器的實(shí)驗(yàn)用儀器 2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量0sinPPL 實(shí)際應(yīng)用時(shí)實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以改變，可以改變，越小，靈敏度越高越小，靈敏度越高 液面拉得也越長，會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，并且液面拉得也越長，會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，并且太小太小會(huì)使壓力測(cè)量范圍過小會(huì)使壓力測(cè)量范圍過小 一般一般不小于不小于15150 0 彈性式壓力計(jì)：彈性式壓力

13、計(jì)：波登管、膜片、波紋管波登管、膜片、波紋管n波登管波登管: :指針式壓力計(jì)指針式壓力計(jì)的彈性敏感元件的彈性敏感元件橫截面為空心橫截面為空心橢圓橢圓形或形或扁圓扁圓形的金屬管形的金屬管通入有一定壓力的流體時(shí)，管內(nèi)外的壓力差迫使管通入有一定壓力的流體時(shí)，管內(nèi)外的壓力差迫使管截面趨于圓截面趨于圓形形，導(dǎo)致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移，導(dǎo)致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移橫截面縱橫直徑比愈大，波登管靈敏度越高，但強(qiáng)度降低橫截面縱橫直徑比愈大，波登管靈敏度越高，但強(qiáng)度降低優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，可測(cè)兆帕級(jí)壓力：測(cè)量精度高，可測(cè)兆帕級(jí)壓力缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是：尺寸大，固有頻率較低，不宜作為：尺寸大

14、，固有頻率較低，不宜作為動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量彈性式壓力計(jì)：彈性式壓力計(jì)：波登管、膜片、波紋管波登管、膜片、波紋管n膜片膜片: :中低壓壓力計(jì)的敏感元件中低壓壓力計(jì)的敏感元件在壓力作用下，迫使在壓力作用下，迫使膜片膜片產(chǎn)生相應(yīng)的產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形彈性變形位移位移借助連桿組經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)并予放大借助連桿組經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)并予放大齒輪齒輪指針指針在膜片表面粘貼在膜片表面粘貼應(yīng)變片應(yīng)變片來感測(cè)其表面應(yīng)變來感測(cè)其表面應(yīng)變平膜片平膜片: :周邊固定的彈性膜片周邊固定的彈性膜片, ,最低階固有頻率與膜片厚度、膜最低階固有頻率與膜片厚度、膜片半徑、膜片材料的密度、彈性膜量等許多

15、因素有關(guān)片半徑、膜片材料的密度、彈性膜量等許多因素有關(guān)波紋膜片和膜盒：靈敏度高波紋膜片和膜盒：靈敏度高2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量彈性式壓力計(jì)：彈性式壓力計(jì)：波登管、膜片、波紋管波登管、膜片、波紋管n波紋管波紋管: :指針式壓力計(jì)指針式壓力計(jì)的彈性敏感元件的彈性敏感元件在壓力作用下，迫使波紋管軸向產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形在壓力作用下，迫使波紋管軸向產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形位移位移特點(diǎn)：在較低的壓力下得到較大的變位，靈敏特點(diǎn)：在較低的壓力下得到較大的變位，靈敏適用介質(zhì)：液體，空氣，天然氣及相容氣體適用介質(zhì)：液體，空氣，天然氣及相容氣體 黃銅波紋管、不銹鋼波紋管黃銅波紋管、不銹鋼波紋管2 2、流體壓力測(cè)

16、量、流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n應(yīng)變式應(yīng)變式彈性元件：彈性元件：懸鏈膜片、平膜片懸鏈膜片、平膜片等等轉(zhuǎn)換元件：采用應(yīng)變片來感受彈轉(zhuǎn)換元件：采用應(yīng)變片來感受彈性元件受壓后的局部變形性元件受壓后的局部變形轉(zhuǎn)換電路：電橋轉(zhuǎn)換電路：電橋常用應(yīng)變式壓力傳感器常用應(yīng)變式壓力傳感器懸鏈膜片懸鏈膜片- -應(yīng)變筒式應(yīng)變筒式平膜片式平膜片式2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n應(yīng)變式應(yīng)變式: :SPTA系列系列2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量n敏感元件采用合金材料與箔式自補(bǔ)敏感元件采用合金材料與箔式自補(bǔ)償應(yīng)變片組成全橋電路，內(nèi)裝高精償應(yīng)變片組成全橋電路，內(nèi)裝高精度

17、、低噪聲、低漂移集成放大器度、低噪聲、低漂移集成放大器n輸出信號(hào)可達(dá)輸出信號(hào)可達(dá)5V,5V,可解決小信號(hào)的遠(yuǎn)可解決小信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸距離傳輸n精度高，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使精度高，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便用方便n適用于氣體，液體及腐蝕介質(zhì)的靜適用于氣體，液體及腐蝕介質(zhì)的靜態(tài)及緩變壓力參數(shù)的測(cè)量態(tài)及緩變壓力參數(shù)的測(cè)量壓力范圍壓力范圍00.5; 0.6; 0.8; 1; 3; 6; 10; 15; 20; 25; 60MPa輸出電壓輸出電壓1V; 3V; 5V系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度0.10.3%F.S零點(diǎn)溫漂零點(diǎn)溫漂0.10.3%F.S/10靈敏度溫漂靈敏度溫漂0.10.3%F.S/10供電電壓供電

18、電壓15VD.C工作環(huán)境溫度工作環(huán)境溫度-40+90過載能力過載能力120%重量重量約約130克克負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗10K動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n壓阻式壓阻式彈性元件：彈性元件：?jiǎn)尉Ч杵侥て瑔尉Ч杵侥てD(zhuǎn)換元件：沿一定晶軸方向擴(kuò)散著轉(zhuǎn)換元件：沿一定晶軸方向擴(kuò)散著一些長條形電阻一些長條形電阻應(yīng)變片應(yīng)變片轉(zhuǎn)換電路：電橋轉(zhuǎn)換電路：電橋特點(diǎn)：靈敏度比一般金屬應(yīng)變片高特點(diǎn)：靈敏度比一般金屬應(yīng)變片高的多的多 2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n壓電式壓電式彈性元件：膜片式彈性元件：膜片式轉(zhuǎn)換元件：壓電元件轉(zhuǎn)換元件：壓電元件轉(zhuǎn)換電路：電荷放大器轉(zhuǎn)換電路：電荷放大器傳感

19、器有很高的固有頻率傳感器有很高的固有頻率2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量膜片膜片壓電元件壓電元件引線引線壓力壓力殼體殼體絕緣絕緣電極電極動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n壓電式：壓電式： 63012 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量 測(cè)量液體、氣體的緩變和速變壓力測(cè)量液體、氣體的緩變和速變壓力 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)壓力范圍：壓力范圍：6Mpa 最大壓力：最大壓力：10MPa 靈靈 敏敏 度：度：210-4pC/Pa非線性度：非線性度：1% 滿量程滿量程遲遲 滯：滯：0.5% 滿量程滿量程諧振頻率：諧振頻率：125kHz上升時(shí)間：上升時(shí)間：2.4s電電 容：容：8pF絕緣電阻：絕緣電阻：10

20、12溫度范圍：溫度范圍：-196+200重重 量：量：24.5g動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量動(dòng)態(tài)流體壓力測(cè)量n壓電式：壓電式：AKAK系列系列2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量采用外殼和膜片為一體的采用外殼和膜片為一體的圓膜片結(jié)構(gòu)圓膜片結(jié)構(gòu)頻響高，精度高，性能穩(wěn)頻響高，精度高，性能穩(wěn)定可靠定可靠適用于各種動(dòng)、靜態(tài)，氣、適用于各種動(dòng)、靜態(tài)，氣、液體介質(zhì)的壓力測(cè)量液體介質(zhì)的壓力測(cè)量尺寸小，安裝方便尺寸小，安裝方便連接螺紋：連接螺紋：M20M201.51.5最小外形尺寸最小外形尺寸1010 壓力傳感器標(biāo)定壓力傳感器標(biāo)定n靜態(tài)標(biāo)定：確定傳感器的靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)標(biāo)定：確定傳感器的靜態(tài)指標(biāo)靈敏度靈敏度非線性度、重復(fù)性非線

21、性度、重復(fù)性精度精度量程量程n動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量壓力傳感器標(biāo)定壓力傳感器標(biāo)定n靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定儀器：標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)儀器：標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì) 以作用在某一以作用在某一確定面積上的已知重力確定面積上的已知重力來平衡被測(cè)壓力的來平衡被測(cè)壓力的 確定的柱塞面積、精確的標(biāo)準(zhǔn)砝碼確定的柱塞面積、精確的標(biāo)準(zhǔn)砝碼2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量砝碼砝碼H柱塞柱塞壓力計(jì)壓力計(jì)油杯油杯標(biāo)定傳感器標(biāo)定傳感器壓力壓力油缸油缸手手輪輪柱塞座柱塞座閥門閥門油缸活塞油缸活塞工作原理工作原理被標(biāo)定：壓力計(jì)、傳感器被標(biāo)定：壓力計(jì)、傳感器油杯手輪油缸活塞油杯手輪油缸活塞充油充

22、油砝碼手輪砝碼手輪H砝碼砝碼/標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力（確定面積上的已知重力確定面積上的已知重力）高精度：高精度：0.02、0.05、0.2、0.5寬量程：標(biāo)準(zhǔn)砝碼寬量程：標(biāo)準(zhǔn)砝碼壓力傳感器標(biāo)定壓力傳感器標(biāo)定n靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定應(yīng)變式、壓阻式壓力傳感器應(yīng)變式、壓阻式壓力傳感器均勻、逐步加載和卸載均勻、逐步加載和卸載加砝碼時(shí)要避免因沖擊引起的壓力值的過沖加砝碼時(shí)要避免因沖擊引起的壓力值的過沖滯后特性滯后特性壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器 測(cè)量系統(tǒng)具有足夠高的絕緣電阻，以防止電荷的泄露測(cè)量系統(tǒng)具有足夠高的絕緣電阻，以防止電荷的泄露 為提高標(biāo)定精度，標(biāo)定過程中采用為提高標(biāo)定精度，標(biāo)定過程中采用快速卸載法快速

23、卸載法 2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量壓力傳感器標(biāo)定壓力傳感器標(biāo)定n動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào) 周期函數(shù)：如正弦波、三角波等周期函數(shù)：如正弦波、三角波等 以正弦波為常用，如正弦壓力信號(hào)發(fā)生器以正弦波為常用，如正弦壓力信號(hào)發(fā)生器低壓、低壓、低頻率低頻率瞬變函數(shù)：如階躍波、半階躍波等瞬變函數(shù)：如階躍波、半階躍波等 以階躍波最常用，適用于高頻范圍標(biāo)定以階躍波最常用，適用于高頻范圍標(biāo)定2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量壓力傳感器標(biāo)定壓力傳感器標(biāo)定n動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)：激波管裝置標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)：激波管裝置 2 2、流體壓力測(cè)量、流體壓力測(cè)量激波管高壓管段激波管高壓管段壓力表壓力

24、表 膜片膜片低壓管段低壓管段高壓氣源高壓氣源 刺膜機(jī)構(gòu)刺膜機(jī)構(gòu)觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn) 傳感器傳感器觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)工作原理工作原理被標(biāo)定：傳感器被標(biāo)定：傳感器高壓氣源高壓氣源激波管激波管高壓管段高壓管段壓力表壓力表形成一定的壓力形成一定的壓力刺膜機(jī)構(gòu)刺膜機(jī)構(gòu)膜片膜片音速激波音速激波低壓管段低壓管段傳感器傳感器階躍激勵(lì)階躍激勵(lì)階躍壓力波：階躍壓力波：10MPa3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量n位移位移物體移動(dòng)的距離物體移動(dòng)的距離 微小移動(dòng)距離：毫米納米微小移動(dòng)距離：毫米納米n單位：?jiǎn)挝唬簃m(毫米毫米) 、 m (微米微米)n傳感器類型傳感器類型電感式傳感器電感式傳感器渦流式傳感器渦流式傳感器電容式傳感器電容式傳感

25、器電感式傳感器電感式傳感器n(單邊單邊)差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：2組線圈、一根鐵芯組線圈、一根鐵芯 線圈線圈1通入交變電流通入交變電流i(t)，在線圈附近空間產(chǎn)生磁通，通過，在線圈附近空間產(chǎn)生磁通，通過耦合，從而在線圈耦合，從而在線圈2產(chǎn)生感生電壓產(chǎn)生感生電壓U2，則，則 M21是兩線圈之間的互感和鐵芯的位置有關(guān)是兩線圈之間的互感和鐵芯的位置有關(guān)當(dāng)鐵心在兩個(gè)線圈的孔中左、右移動(dòng)時(shí)，當(dāng)鐵心在兩個(gè)線圈的孔中左、右移動(dòng)時(shí)，u2隨之變化，但隨之變化，但是與是與x之間的關(guān)系呈現(xiàn)之間的關(guān)系呈現(xiàn)非線性非線性，靈敏度也低，靈敏度也低實(shí)用中常采用雙邊實(shí)用中常采用雙邊差動(dòng)差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)改善其變壓器結(jié)構(gòu)改善

26、其非線性非線性3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量x u2i(t)M21N1N2212(. ( )dMi tudt電感式傳感器電感式傳感器n雙邊（三段式）差動(dòng)變壓器雙邊（三段式）差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：初級(jí)線圈、完全對(duì)稱的反極性串聯(lián)的次級(jí)線圈、銜鐵初級(jí)線圈、完全對(duì)稱的反極性串聯(lián)的次級(jí)線圈、銜鐵次級(jí)開路時(shí)輸出：與鐵心次級(jí)開路時(shí)輸出：與鐵心位移、速度位移、速度成正比成正比3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量1( )sin( .cos. in)2.smommititukixtvt初級(jí)初級(jí)鐵芯鐵芯骨架骨架絕緣桿絕緣桿x u2i(t)M21N1N2電感式傳感器電感式傳感器n雙邊（三段式）差動(dòng)變壓器雙邊（三段式）差動(dòng)變壓器雙邊

27、差動(dòng)變壓器雙邊差動(dòng)變壓器特性曲線特性曲線 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：一個(gè)輸出，對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸入：一個(gè)輸出，對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸入 改善改善：后接：后接相敏相敏檢波器檢波器線性度：非線性度可達(dá)到線性度：非線性度可達(dá)到0.1用途：小位移用途：小位移1020mm優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，性能穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，性能穩(wěn)定 精度高精度高 3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量理論理論實(shí)際實(shí)際x0零點(diǎn)零點(diǎn)UT 殘余電壓殘余電壓Uoxo電感式傳感器電感式傳感器n二段式差動(dòng)變壓器二段式差動(dòng)變壓器大位移測(cè)量：數(shù)百毫米大位移測(cè)量：數(shù)百毫米結(jié)構(gòu)：激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)：激勵(lì)線圈 2x感應(yīng)線圈鐵芯感應(yīng)線圈鐵芯 在中心位置： 感應(yīng)電壓等值反向 激勵(lì)電流以及輸出電壓：3 3、位

28、移測(cè)量、位移測(cè)量輸出：輸出：ucd感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈L感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈R鐵芯鐵芯外殼外殼滑動(dòng)支架滑動(dòng)支架勵(lì)磁勵(lì)磁00( )sin2.(.cos.sin)mmcdmmIivi tIitukixtvt速度速度(低頻低頻) 位移位移(載波載波) 速度速度(載波載波) 電感式傳感器電感式傳感器n二段式差動(dòng)變壓器二段式差動(dòng)變壓器大行程測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)圖 第一個(gè)分量是低頻信號(hào)，其頻率與第一個(gè)分量是低頻信號(hào)，其頻率與v v相同，可用于測(cè)量速度相同，可用于測(cè)量速度第二個(gè)分量是調(diào)幅信號(hào)（正比于位移第二個(gè)分量是調(diào)幅信號(hào)（正比于位移x x），可作為位移測(cè)量信號(hào)），可作為位移測(cè)量信號(hào) 第三個(gè)分量是調(diào)幅信號(hào)（正比于位移第三個(gè)分

29、量是調(diào)幅信號(hào)（正比于位移v v），相差），相差9090，相敏濾去，相敏濾去3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量00( )sin2.(. .cos.sin)mmcdmmIivi tIitukixtvt國產(chǎn)差動(dòng)變壓器傳感器主要技術(shù)參數(shù)國產(chǎn)差動(dòng)變壓器傳感器主要技術(shù)參數(shù)3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量型號(hào)量程（mm）線性度（）分辨力（m）靈敏度DC(mv/mm)輸出DC(v) 1型010.516000.6 5型0 5、0100.826003 10型0 10、0200.8103003 15型0 15、0301101001.5 30型0 30、0601202708 50型0 50、01001201508 200型0 20

30、0、04001305010渦流式傳感器渦流式傳感器n工作原理工作原理結(jié)構(gòu)：變壓器結(jié)構(gòu)：變壓器-變互感變互感 原邊原邊激勵(lì)線圈激勵(lì)線圈 次邊次邊輸出短路的一匝輸出短路的一匝/環(huán)路環(huán)路 間隙間隙控制互感控制互感/耦合耦合電渦流線圈等效阻抗電渦流線圈等效阻抗 Z=R+jL Z=f（i1、f、 、 、t、 ） Z和距離和距離 、導(dǎo)體、導(dǎo)體 、 、t有關(guān)有關(guān)3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量導(dǎo)導(dǎo)體體 渦流式傳感器渦流式傳感器n工作原理工作原理諧振電路諧振電路 C1諧振電容諧振電容 L、R等效電感及電阻等效電感及電阻 諧振頻率以及阻抗諧振頻率以及阻抗 ，互感為，互感為0，Zab峰值最大峰值最大，Zab峰值降低（回

31、路失諧）峰值降低（回路失諧） 12 阻抗下降（阻抗下降（a、b）3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量)/(10210RLQRQZLCab鐵磁材料鐵磁材料：導(dǎo)磁率大大于空氣的：導(dǎo)磁率大大于空氣的材料（鐵氧體、釹鐵硼，釤鈷）材料（鐵氧體、釹鐵硼，釤鈷）非磁材料非磁材料：銅、鋁：銅、鋁渦流式傳感器渦流式傳感器n測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)靈敏度取決于：靈敏度取決于：被測(cè)面材料、被測(cè)面形狀被測(cè)面材料、被測(cè)面形狀標(biāo)定標(biāo)定優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量 、線性好，工作范圍寬，分辨率小、線性好，工作范圍寬，分辨率小缺點(diǎn)：靈敏度缺點(diǎn)：靈敏度稍低于稍低于電容式傳感器電容式傳感器3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量 UoR L晶晶 體體 振蕩

32、器振蕩器濾波濾波放大放大檢波檢波 C1 Ue UxZRZUUex渦流式傳感器渦流式傳感器3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量一體化電渦流位移一體化電渦流位移/ /振動(dòng)振動(dòng)傳感器（內(nèi)置前置器）傳感器（內(nèi)置前置器） 常用的渦流探頭前置器常用的渦流探頭前置器渦流式傳感器渦流式傳感器渦流傳感器渦流傳感器:33003300傳感器傳感器 量程量程 0.250.252.3mm2.3mm 靈敏度靈敏度 7.87V/mm7.87V/mm 頻響頻響 010 kHz 010 kHz 精度精度 4 4 線性線性 0.020.025 54 4mmmm 供電供電 - -24V24Vdc,12mAdc,12mA 溫漂溫漂 1010(22177(22177) )3 3、位移測(cè)量、位移測(cè)量渦流式傳感器渦流式傳感器eddyNCDT 3300 電渦流位移傳感器電渦流位移傳感器n線性量程線性量程: 2 mm: 2 mmn絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差: : 0.25 % FSO0.25 % FSOn分辨率分辨率: 0.005 % FSO: 0.005 % FSOn頻率