力測量儀表
一、簡介
力測量儀表，是測量機(jī)械設(shè)備中的作用力的機(jī)械量測量儀表，又稱測力儀表。測力儀表一般由力傳感器、測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。力傳感器是一種將被測力變換為電信號輸出的測量元件。
力測量儀表的工作原理基本上有兩種。一種是測量某些物質(zhì)受力作用時其固有物理性質(zhì)發(fā)生的變化，從而測得作用力的大小，如壓電式、磁彈性式和振弦式等力傳感器；另一種是利用被測力使彈性體變形，通過測量變形的程度來測出被測力的大小，如電阻應(yīng)變式、電容式等力傳感器。
二、分類
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)變片將被測力變換成電信號輸出的傳感器。當(dāng)彈性體受到力F作用變形時,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力值。這種傳感器具有測量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快和測量范圍寬等特點(diǎn)，故廣泛用于稱重儀表。測量上限值一般為10牛頓～100萬牛頓,測量誤差為0.05～0.5%。
磁彈性式力傳感器
又稱壓磁式力傳感器。它利用磁彈性體受力作用時內(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)，將被測力變換成電信號輸出。磁彈性體由若干硅鋼片粘結(jié)而成,在4個對稱的、間距相等的孔中繞有兩個垂直相交的繞組，分別作為勵磁繞阻和測量繞組。勵磁繞組由交流電源供電，當(dāng)磁彈性體不受力時因材料磁性的各向同性,由勵磁繞組產(chǎn)生的磁力線不與測量繞組交連,因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)磁彈性體受力作用時，材料的磁導(dǎo)率在壓應(yīng)力方向降低，使磁力線分布發(fā)生變化，一部分磁力線與測量繞組交連而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢大小隨被測力大小而變。這種力傳感器的特點(diǎn)是輸出信號大，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量儀表。測量上限值為160牛頓～5000萬牛頓，測量誤差為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)電勢差的壓電效應(yīng)，將被測力變換成電信號輸出的測量元件。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通過上蓋均勻地傳遞到壓電片時,兩電極即產(chǎn)生電勢差。這種傳感器具有輕巧、頻率響應(yīng)范圍寬等特點(diǎn)，適用于測量動態(tài)力、沖擊力和短時間作用的靜態(tài)力等。它的輸出信號小和輸出阻抗高，所以一般利用前置放大器把傳感器輸出信號放大，并將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。它的測量上限值為數(shù)千至數(shù)百萬牛頓。
振弦式力傳感器
利用振弦的固有振動頻率隨張力的大小而變化的特性，將被測力轉(zhuǎn)換為頻率信號輸出的測量元件，振弦為一張緊的弦絲，置于長久磁鋼的磁場中，其一端固定，另一端與傳感器運(yùn)動部分相聯(lián)為了測量振弦的固有振動頻率,須***激發(fā)振弦振動。當(dāng)激發(fā)脈沖加給繼電器時繼電器吸合。繞在長久磁鋼上的線圈與電源E接通一脈沖電流使振弦一吸一放而產(chǎn)生振動。當(dāng)激發(fā)脈沖使繼電器斷開時，振弦在磁場中的運(yùn)動使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢U,其頻率與振弦的振動頻率相等。傳感器輸出的是頻率信號，所以抗干擾性能好，而且信號能遠(yuǎn)距離傳輸。另外，這種傳感器還具有價格低、壽命長的特點(diǎn)，特別適用于對土壓力的測量,在土建施工中應(yīng)用很廣。測量范圍為0.1牛頓～100萬牛頓，測量誤差為±1%。
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