1、第8章力、力矩和壓力的測量，第1節(jié)概述，第2節(jié)力的測量，第3節(jié)力矩的測量和第4節(jié)壓力的測量，第1節(jié)概述，1。力的概念力是物質(zhì)之間的相互作用。2.力矩的概念力矩是力和臂的乘積。3.壓力的概念：由靜態(tài)流體垂直施加在給定單位面積a上的力f稱為給定位置的壓力。1.力的概念是物質(zhì)之間的相互作用。力可以改變物體的機械運動狀態(tài)或改變物體的動量，從而使物體產(chǎn)生加速度，這就是力的“動態(tài)效應(yīng)”。力還會使物體變形，并在材料中產(chǎn)生應(yīng)力，這就是力的“靜態(tài)效應(yīng)”。力值的測量單位來自力的動態(tài)效應(yīng)。在中國法定計量單位制中，力值的計量單位是“牛頓”，用N. 2表示。力矩的概念力矩是力和臂的乘積。圖8-1大氣壓力、表壓和絕對壓力

2、之間的關(guān)系；3.壓力的概念。垂直作用在給定單位面積a上的靜態(tài)流體的力f稱為給定位置的壓力。(1)大氣壓力地球表面單位面積上地球周圍大氣產(chǎn)生的壓力，即大氣自重產(chǎn)生的壓力，也稱為氣壓。(2)以環(huán)境大氣壓力為參考壓力的表壓壓差。(3)相對于絕對真空的絕對壓力所測量的壓力是表壓和大氣壓力的總和。(4)正壓絕對壓力高于大氣壓的表壓通常稱為壓力。(5)當負壓低于大氣壓時，大氣壓和絕對壓力之間的差值。(6)絕對壓力，真空度低于大氣壓。(1)大氣壓力是地球周圍的大氣在地球表面單位面積上產(chǎn)生的壓力，即大氣自重產(chǎn)生的壓力，也稱為空氣壓力。(2)表壓，以環(huán)境大氣壓力為參考壓力的壓差。兩個相關(guān)壓力之間的差值稱為壓差。

3、(3)絕對壓力，相對于絕對真空測量的壓力，是表壓和大氣壓力的總和。(4)正壓絕對壓力高于大氣壓的表壓，通常稱為壓力。(5)當絕對壓力低于大氣壓力時，大氣壓力和絕對壓力之間的差值。(6)真空度，絕對壓力低于大氣壓。第2節(jié)：力的測量，1。力測量方法2。測力裝置3。力值的驗證和校準4。質(zhì)量、重量及其測量裝置1。力測量方法1。利用動態(tài)效應(yīng)測量力的動態(tài)效應(yīng)使物體產(chǎn)生加速度，然后通過測量物體的質(zhì)量和獲得的加速度來測量力的值。2.使用靜態(tài)效應(yīng)來測量力的靜態(tài)效應(yīng)，物體變形，并且力值通過測量物體的變形或使用與內(nèi)應(yīng)力相對應(yīng)的參數(shù)的物理效應(yīng)來確定。1.利用動態(tài)效應(yīng)測量力，力的動態(tài)效應(yīng)使物體產(chǎn)生加速度，測量物體的質(zhì)量

4、和獲得的加速度來測量力值。在重力場中，地球的重力導(dǎo)致重力加速度，因此力值可以用重力場中某處已知質(zhì)量的物體的重力來表示。例如，參考測力計等。2.使用靜態(tài)效應(yīng)測量導(dǎo)致物體變形的力，并通過測量物體的變形或使用與內(nèi)應(yīng)力相對應(yīng)的參數(shù)的物理效應(yīng)來確定力值。例如，利用差動變壓器、激光干涉等方法來測量彈性體的變形，以達到測力的目的；或者使用與力相關(guān)的物理效應(yīng)，例如壓電效應(yīng)、壓磁效應(yīng)等。2.力測量裝置，(1)電阻應(yīng)變測力計，(2)壓磁測力計，(3)壓電測力計，(4)其他力測量方法，(1)電阻應(yīng)變測力計，1。電阻應(yīng)變測力計的工作原理。典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計計算，也稱直接應(yīng)力型。3.應(yīng)變式應(yīng)變傳感器電路一般采用

5、bri1.電阻應(yīng)變測力計的工作原理，圖8-2電阻應(yīng)變測力計的原理框圖，2。典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計計算。典型的柱狀彈性體直接承受拉力或壓力，因此也稱為直接應(yīng)力彈性體。圖8-3柱狀彈性體的作用原理，2。典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計計算。典型的柱狀彈性體直接承受拉力或壓力，因此也稱為直接應(yīng)力彈性體。圖8-4幾種典型柱狀彈性體的結(jié)構(gòu)類型1彈性體2應(yīng)變儀3彈性膜片4外殼5襯墊6空心球2。典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計計算典型柱體彈性體直接承受拉力或壓力，因此也稱為直接應(yīng)力彈性體。圖8-5工程中使用的幾種典型柱狀彈性體的結(jié)構(gòu)示意圖。2.典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計計算。典型的柱狀彈性體直接承受拉伸或壓縮力，因

6、此它們也被稱為直接應(yīng)力彈性體。表8-1:典型彈性元件的布法和橋梁計算公式；2.典型彈性體的結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計計算。典型的柱狀彈性體直接承受拉力或壓力，因此也稱為直接應(yīng)力彈性體。表8-1:典型彈性元件布置及橋梁計算公式；3.應(yīng)變片和應(yīng)變傳感器電路一般采用橋式電路。橋式電路輸出信號小，精度高，因此測量電路要求高增益、高輸入阻抗和小失調(diào)參數(shù)。應(yīng)變計的橋式電路有兩種：載波調(diào)制電路和DC電路。目前，這些電路大多使用集成信號放大器。傳感器測量電路的集成模塊稱為信號調(diào)節(jié)器，通常包括緩沖、放大、濾波，甚至電壓頻率轉(zhuǎn)換，輸出為數(shù)字信號。它不僅減小了電路的體積，而且提高了可靠性，便于與計算機連接。為了提高稱重傳感器的

7、精度，有必要在橋式電路中采取相應(yīng)的補償措施來消除誤差的影響。電路補償通常使用特殊的箔片調(diào)節(jié)電阻。其補償電路包括初始不平衡補償、零點漂移補償、靈敏度補償、非線性補償和傳感器靈敏度調(diào)整。4.應(yīng)變式動態(tài)測力系統(tǒng)，圖8-6應(yīng)變式動態(tài)測力傳感器及測試系統(tǒng)框圖，(2)壓電式測力儀，圖8-7壓電式測力儀，圖8-8壓電式測力儀及其電路框圖勵磁線圈測量線圈鐵芯彈性膜片軸承頭通訊孔，(3)壓電式測力儀由于大多數(shù)材料受力后會變形或位移，所以只需做一些結(jié)構(gòu)上的改變就可以構(gòu)成力傳感器。如電感、電容、差動、振弦式稱重傳感器等。第三章。力值的驗證和校準，圖8-11力值為(1MN) F力值范圍的測量儀器的驗證系統(tǒng)框圖力值的總

8、不確定度(K=3)R力值的可重復(fù)性穩(wěn)定性C1等級，第四級。質(zhì)量、重量和測量設(shè)備?；靖拍?。電子秤的組成、分類和特性。稱重傳感器4。工業(yè)生產(chǎn)過程中的皮帶秤?；靖拍睿?)質(zhì)量是國際單位制中規(guī)定的基本單位之一。2)重量是根據(jù)GB 31021993，即一個物體在特定參照系中獲得其自由落體加速度的力，屬于力的概念。3)重力是地球?qū)ξ矬w的吸引力和物體隨地球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的合力，這大約是地球?qū)ξ矬w的吸引力。4)重力和稱重。圖8-12中國的質(zhì)量和價值轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，1?；靖拍?，表8-2通用稱重儀器的工作原理，1?；靖拍睿?。電子秤的組成、分類和特點(1)電子秤的組成電子秤一般包括機械傳動系統(tǒng)、稱重傳感器測

9、量電路和顯示儀表。(2)電子秤的分類電子秤有多種類型，分類方法也多種多樣。(3)與傳統(tǒng)的機械秤相比，電子秤具有以下特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝位置有限；稱重信號可遠距離傳輸，便于數(shù)據(jù)處理、顯示和記錄，可實現(xiàn)多種信號控制，便于生產(chǎn)過程的自動化。稱重傳感器可以密封，可以在惡劣環(huán)境下工作，具有良好的防腐防潮性能；機械磨損小，精度高，穩(wěn)定性好，操作方便，使用壽命長；傳感器響應(yīng)迅速，大大提高了稱重速度。(1)電子秤的組成，一般包括機械傳動系統(tǒng)、稱重傳感器測量電路和顯示儀表。機械傳動系統(tǒng)將稱重物體的重力傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器包括稱重臺面、稱重橋、懸掛連接裝置、安全限位裝置等。稱重傳感器的功能

10、是根據(jù)一定的線性函數(shù)，如電壓、電流、頻率等，將物體的重力轉(zhuǎn)換成電輸出。測量電路和顯示儀表用于處理傳感器的輸出信號，并通過指針或數(shù)字顯示被測重量的重量或通過打印記錄。此外，還有穩(wěn)壓電源、微機和統(tǒng)一電源等。以提高數(shù)據(jù)和信息處理的功能。(2)電子秤的分類。電子秤有多種類型和不同的分類方法。工程應(yīng)用通常根據(jù)其用途進行分類，如電子皮帶秤、集裝箱秤、起重機秤、平臺秤和電子軌道秤。(3)與傳統(tǒng)的機械秤相比，電子秤的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝位置有限；稱重信號可遠距離傳輸，便于數(shù)據(jù)處理、顯示和記錄，可實現(xiàn)多種信號控制，便于生產(chǎn)過程的自動化。稱重傳感器可以密封，可以在惡劣環(huán)境下工作，具有良好的防腐防

11、潮性能；機械磨損小，精度高，穩(wěn)定性好，操作方便，使用壽命長；傳感器響應(yīng)迅速，大大提高了稱重速度。3。稱重傳感器，(1)應(yīng)變式稱重傳感器它采用電阻應(yīng)變式測力原理。(2)壓電稱重傳感器(3)電容式稱重傳感器圖8-15是可變間隙電容式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。(1)應(yīng)變式測力傳感器采用電阻應(yīng)變式測力原理。圖8-13盤形壓磁測壓元件，(2)壓電測壓元件，圖8-14安裝在軌道上的鐵芯應(yīng)力圖，(3)電容測壓元件，圖8-15電容測壓元件，4。皮帶秤，(1)稱重原理電子皮帶秤通常采用測速法或測長法測量物料的瞬時重量和累計重量。(2)誤差分析皮帶秤的誤差可歸納為：稱重傳感器誤差、速度傳感器誤差、測量電路誤差和機械

12、結(jié)構(gòu)誤差。(1)稱重原理，以及(1)速度測量的工作原理，可視為稱重和速度測量匹配的過程。2)長度測量法的工作原理，1)速度測量法的工作原理，可視為稱重和速度測量的匹配過程。圖8-16電子皮帶秤，1)測速方法的工作原理它可以看作是稱重和測速相匹配的過程。圖8-17是測速法皮帶秤的原理框圖，2)測長法的工作原理，圖8-18是測長法皮帶秤的原理框圖。(2)誤差分析，1)稱重傳感器誤差除了稱重傳感器本身的制造誤差和環(huán)境造成的誤差外，秤體的安裝也會帶來誤差。2)速度傳感器誤差通常由傳感器誤差和皮帶打滑誤差引起。3)機械結(jié)構(gòu)誤差連續(xù)運輸物料的稱量是物料重量在設(shè)定的有效稱量區(qū)間L上的積分，因此L的變化或不穩(wěn)

13、定，即L0將產(chǎn)生誤差W=WL/L。4)測量電路誤差主要是零點漂移和溫度漂移。滿負荷調(diào)零：微機能自動判斷輸送帶在加工過程中的工作狀態(tài)自動校準：由微機控制的電動打標機定期將標準重量w放在稱重架上，測量總重量w。當去掉權(quán)重時，它的零點是w，由此可以得到系統(tǒng)運算的乘法系數(shù)k。(2)誤差分析、功率波動自動補償：電子皮帶秤響應(yīng)速度快、精度高、測量范圍廣、操作方便，是計量控制、生產(chǎn)和貿(mào)易中的重要工具，因此在使用中，一般電子皮帶秤的測量范圍為103000噸/小時；系統(tǒng)動態(tài)誤差為(0.1250.25)%。測量精度達到90%以上，可靠性指標達到10000小時以上.由于電子皮帶秤是一種動態(tài)秤，精度校準不僅要符合靜態(tài)

14、指標，還要考慮動態(tài)精度，并與實物核對其動態(tài)累計誤差。動態(tài)累計誤差公式為=(GG0)/G0100%，其中G為儀器累計顯示值(kg)；G0是已知物理材料的重量(千克)。當沒有物理驗證條件時，動態(tài)掛碼驗證方法可以作為參考使用。第3節(jié)力矩的測量，1。力矩及其測量方法2。傳遞法扭矩測量裝置1。如上所述，任何機械部件的運動都離不開力和扭矩的傳遞。2.扭矩測量方法，1。如上所述，任何機械部件的運動都離不開力和扭矩的傳遞。表8-3扭矩、功率和速度之間的關(guān)系，2。扭矩的測量方法，以及(1)傳遞方法，利用扭矩產(chǎn)生彈性軸的扭轉(zhuǎn)變形。(2)力平衡法是利用平衡力矩M0平衡測量力矩M，從而得到M的方法。(3)能量轉(zhuǎn)換法這

15、是一種根據(jù)能量守恒定律測量力矩的儀器。2.扭矩測量方法，圖8-20扭矩測量用彈性軸，(1)傳遞方法，利用扭矩使彈性軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。也就是說，彈性元件的扭矩是根據(jù)傳遞扭矩時物理參數(shù)(變形、應(yīng)力或應(yīng)變)的變化來測量的。(2)力平衡法，圖8-21杠桿平衡扭矩法扭矩測量示意圖，(3)能量轉(zhuǎn)換法這是根據(jù)能量守恒定律測量扭矩的儀器。表8-4扭矩傳感器和扭矩測量儀的性能及應(yīng)用；2.傳遞法扭矩測量裝置；1.電阻應(yīng)變扭矩儀將應(yīng)變儀貼在旋轉(zhuǎn)軸上，或直接貼在被測軸上，沿軸的45或135方向。當轉(zhuǎn)軸受到力矩m作用時，應(yīng)變片將產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變與力矩m. 2成線性關(guān)系。相位差扭矩測量儀3。平衡力扭矩測量儀是根據(jù)作用在驅(qū)動

16、機械或制動機械機體上的平衡扭矩來測量扭矩的一種方法，常用于精密儀器中測量一些產(chǎn)生扭矩的扭矩裝置。1.電阻應(yīng)變扭矩儀，圖8-22各種截面形狀的旋轉(zhuǎn)軸，1。電阻應(yīng)變扭矩儀，圖8-23電感和電容收集環(huán)，2。相位差扭矩儀，圖8-24相位差扭矩儀工作原理圖，3。平衡力扭矩儀，圖8-25反饋小扭矩測量系統(tǒng)，以及第四壓力測量。1.壓力值傳輸系統(tǒng)2。壓力測量方法和分類3。壓力測量裝置4。超高壓測量5。壓力測量儀的調(diào)整和使用。真空測量1。壓力值傳遞系統(tǒng)中，壓力不是一個參考量，而是一個力和面積的導(dǎo)出量。壓力標準由高精度的標準儀器提供。為了保證壓力值的準確性和一致性，統(tǒng)一全國的壓力值，使壓力儀表的值準確傳遞和正確使用，制定了壓力測量儀表檢定系統(tǒng)。驗證系統(tǒng)通過參考設(shè)備逐步進行驗證傳輸。壓力計量器具檢定系統(tǒng)由標準計量器具、標準計量器具和工作計量器具組成。2.壓力測量方法和分類；表8-5壓力測量儀器的分類和性能特點；3.P3.負載壓力表負載壓力表基于靜平衡原理，包括活塞式、浮球式和鐘罩式。4.電子壓力儀表隨著電子技術(shù)，特別是現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，壓力測量儀表正逐步從機械式和模擬式儀表向數(shù)字式儀表轉(zhuǎn)變。1.液體壓力計，圖8-26彈簧管式壓力計，2。彈性壓