力測(cè)量?jī)x表
一、簡(jiǎn)介
力測(cè)量?jī)x表,是測(cè)量機(jī)械設(shè)備中的作用力的機(jī)械量測(cè)量?jī)x表,又稱(chēng)測(cè)力儀表。測(cè)力儀表一般由力傳感器、測(cè)量電路和指示器等部分組成,并按力傳感器的工作原理分類(lèi)。力傳感器是一種將被測(cè)力變換為電信號(hào)輸出的測(cè)量元件。
力測(cè)量?jī)x表的工作原理基本上有兩種。一種是測(cè)量某些物質(zhì)受力作用時(shí)其固有物理性質(zhì)發(fā)生的變化,從而測(cè)得作用力的大小,如壓電式、磁彈性式和振弦式等力傳感器;另一種是利用被測(cè)力使彈性體變形,通過(guò)測(cè)量變形的程度來(lái)測(cè)出被測(cè)力的大小,如電阻應(yīng)變式、電容式等力傳感器。
二、分類(lèi)
電阻應(yīng)變式力傳感器
利用粘貼在彈性體上并組成電橋電路的應(yīng)變片將被測(cè)力變換成電信號(hào)輸出的傳感器。當(dāng)彈性體受到力F作用變形時(shí),應(yīng)變片R1~R4隨同伸縮,其電阻值也因之改變,從而使電橋電路的輸出電壓發(fā)生變化。這一電壓經(jīng)放大器放大后,由顯示儀表指示被測(cè)力值。這種傳感器具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快和測(cè)量范圍寬等特點(diǎn),故廣泛用于稱(chēng)重儀表。測(cè)量上限值一般為10牛頓~100萬(wàn)牛頓,測(cè)量誤差為0.05~0.5%。
磁彈性式力傳感器
又稱(chēng)壓磁式力傳感器。它利用磁彈性體受力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變,使材料的磁性質(zhì)發(fā)生變化的磁彈性效應(yīng),將被測(cè)力變換成電信號(hào)輸出。磁彈性體由若干硅鋼片粘結(jié)而成,在4個(gè)對(duì)稱(chēng)的、間距相等的孔中繞有兩個(gè)垂直相交的繞組,分別作為勵(lì)磁繞阻和測(cè)量繞組。勵(lì)磁繞組由交流電源供電,當(dāng)磁彈性體不受力時(shí)因材料磁性的各向同性,由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁力線(xiàn)不與測(cè)量繞組交連,因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)磁彈性體受力作用時(shí),材料的磁導(dǎo)率在壓應(yīng)力方向降低,使磁力線(xiàn)分布發(fā)生變化,一部分磁力線(xiàn)與測(cè)量繞組交連而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小隨被測(cè)力大小而變。這種力傳感器的特點(diǎn)是輸出信號(hào)大,因內(nèi)阻低而抗干擾性能好,能在惡劣的環(huán)境中工作,因而被廣泛用于軋制力和張力測(cè)量?jī)x表。測(cè)量上限值為160牛頓~5000萬(wàn)牛頓,測(cè)量誤差為0.05~1%。
壓電式力傳感器
利用壓電介質(zhì)(如石英、鈦酸鋇等晶體)在力作用下發(fā)生極化而在兩端表面間出現(xiàn)電勢(shì)差的壓電效應(yīng),將被測(cè)力變換成電信號(hào)輸出的測(cè)量元件。兩片電荷極性相反的壓電片安裝在鋼殼中壓電片之間的導(dǎo)電片為一電極,鋼殼為另一電極。作用力F通過(guò)上蓋均勻地傳遞到壓電片時(shí),兩電極即產(chǎn)生電勢(shì)差。這種傳感器具有輕巧、頻率響應(yīng)范圍寬等特點(diǎn),適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)力、沖擊力和短時(shí)間作用的靜態(tài)力等。它的輸出信號(hào)小和輸出阻抗高,所以一般利用前置放大器把傳感器輸出信號(hào)放大,并將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。它的測(cè)量上限值為數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)牛頓。
振弦式力傳感器
利用振弦的固有振動(dòng)頻率隨張力的大小而變化的特性,將被測(cè)力轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)輸出的測(cè)量元件,振弦為一張緊的弦絲,置于長(zhǎng)久磁鋼的磁場(chǎng)中,其一端固定,另一端與傳感器運(yùn)動(dòng)部分相聯(lián)為了測(cè)量振弦的固有振動(dòng)頻率,須***激發(fā)振弦振動(dòng)。當(dāng)激發(fā)脈沖加給繼電器時(shí)繼電器吸合。繞在長(zhǎng)久磁鋼上的線(xiàn)圈與電源E接通一脈沖電流使振弦一吸一放而產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)激發(fā)脈沖使繼電器斷開(kāi)時(shí),振弦在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)使線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U,其頻率與振弦的振動(dòng)頻率相等。傳感器輸出的是頻率信號(hào),所以抗干擾性能好,而且信號(hào)能遠(yuǎn)距離傳輸。另外,這種傳感器還具有價(jià)格低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),特別適用于對(duì)土壓力的測(cè)量,在土建施工中應(yīng)用很廣。測(cè)量范圍為0.1牛頓~100萬(wàn)牛頓,測(cè)量誤差為±1%。
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