7力压力和位移测量解析

正确的 正确
在振动最小 电缆应在振动最 点离开试件 点离开试件
1、力测量

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 ——在整个频率范围内进行全面标定和校准
型号 LC0501 LC0502 LC0503 LC0504
灵敏度 pC/N 量程压缩/拉伸 重量 gm 4 4 4 4 5/1 kN 50/20 kN 100 kN 300kN 22 50 100 200
LC05 系列有如下共同指标： 1.固有频率≥40 kHz 2.线性度≤1%FS 3.绝缘电阻≥1012Ω
2、流体压力测量


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
P0 P



U形管压力计测量技术
原理：压力平衡
2 γ2被测介质 U形管＋定量工作液体 若一端通压力（或大气）P0，另一端接被测压力P
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

F
应变式
剪切梁式测力传感器

剪切力




结构 R1(R3) R2(R4) 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



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
第七章
机械工程测试技术—— 力、压力和位移测量（2）
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
1、力测量


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） 1 kg＝ 9.8 N 分类：静力、动态力 应用：称重、应变、扭矩


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பைடு நூலகம்
P P0 L sin

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
• 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150
γ
△h
PP 0 h( 1 2 )
γ1 γ1工作液体
∆h为两侧的液面差值,γ为重度（＝ρ密度x g重力加速度） 被测介质（如气体）重度远小于工作液体的重度：
P P0 h. 1
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。
2、流体压力测量


1、力测量

压电式
动态力传感器

引线 传感器体


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
电极 压电元件
F
弹性膜片

转换电路 电压放大器——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） 错误的 错误 减小电缆的影响 Δ 固定好传感器的引出电缆 Δ 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
2、流体压力测量



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 在膜片表面粘贴应变片来感测其表面应变

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
P0 P


适用范围
测量低压 负压或压差
γ 2 γ2被测介质 γ1 γ1工作液体
△h

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

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 1－弹性柱（筒） 2－应变片 转换元件——应变片 3－横向定位膜片 4－传感器体 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、构造简单、可以承受很大的载荷