6-力与压力测量

机电工程学院工程测试技术教研组王琨琦机电工程测试技术6力与压力测量概念什么是力?力是物体之间的相互作用。各种机械运动是力或力矩传递的结果，因此力是最重要的物理量之一；力的动力效应：力改变物体的机械运动状态；力的静力效应：造成物体的变形。压力垂直作用于单位面积上的力P=F/A单位:帕斯卡（Pa）1Pa=1N/m2大气压力:由于大气重力，包围地球的大气对单位面积的地球表面施加的压力。简称气压。它随天气情况，海拔高度和纬度而变。:表压（Gaugepressure）:相对于大气压力的差压。绝对压力和大气压力之间的差压。正压力（Positivepressure）：绝对压力高于大气压力时的表压，简称正压。负压力（Negativepressure）：绝对压力低于大气压力时的表压，简称负压。真空（Vacuum）：低于大气压力的绝对压力。绝对压力（Absolutepressure）:相对于绝对真空所测得的压力。6.1力的测量6.1.1应变式测力系统各种弹性元件：最简单的就是弹簧。电阻应变计是广泛使用的一种方法。弹性元件机械变形应变传感器力、力矩电信号典型的弹性体结构:柱状测力仪应变片的相对变形:lFlAEEΔl-------应变片的总变形l--------应变片的基长F------作用力A------弹性元件的工作面积E------弹性元件的弹性模量σ------弹性元件的工作应力应变片的灵敏度///RRRRkll31132424RRFkkRRAERRFkkRRAE----弹性元件的泊松系数弹性体的总应变：012342(1)FAE00(1)42iUkkFUAE测力仪电压灵敏度（mv/v）:•强度校核或弹性体截面设计通常选k=20maxmaxmaxmax/[][]3,snnnnkFFAAk实实＝为桥臂系数，全桥电路中n=2(1+)=E＝123431240)(4)(4RRRRUUUkRRRR[σ]：材料的许用应力[σs]：材料的屈服极限kn：超载系数例题：电压灵敏度1mV/V，负荷力50KN，应变片灵敏度系数k为2，求正方形截面的柱式弹性体的截面尺寸。3005maxmaxmaxmaxmaxmax1/,2;210,0.3,10,785.1;161,1.2161193261.73,1.2~1.519.8issnUmVVkUMPaMPaEMPakMpaMPaFFFAaFmm实实＝0.769弹性材料为4强度校核：0Cr,E=2.1尺寸确定：＝测力环悬臂梁Appliedforce电阻应变式测力仪原理框图6.1.2位移式测力系统方法：把检测力转换成位移，然后通过位移传感器测出力所引起的位移，从而间接地测量力。图6－12差动变压器式力传感器压磁效应：工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下磁导率发生变化；硅钢受压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增加；在受拉伸时，导磁率变化正好相反。6.1.3压磁式测力仪（Piezomagneticdynamometry）012/iUFkUNN可测很大负荷，达1M牛以上，精度1％。6.2压力测量定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力测量仪表用来测量气体或液体压力，又称压力表或压力计。6.2.2压力敏感元件6.2.1概述1.波顿管（Bourdontubes）2.平膜片图6-17平膜片a)机械夹固式b)焊接式c)整体式3.波纹管波纹管6.2.3压阻式传感器测压力图6-18压阻式压力传感器结构示意图6.2.4应变式压力传感器（1）平膜片式压力传感器（a）周边固支的平膜片（b）整体结构膜片图6-22平膜片结构示意图（2）圆柱形应变筒式压力传感器（a）结构示意图及电路图（b）原理框图图6-25圆柱形应变筒式压力传感器（3）非粘贴式〔张丝式）应变压力传感器（a）（b）图6-26张丝式压力传感器图6-27电容式压差传感器原理结构6.2.5电容式压力传感器6.2.6电感式压力传感器图6-28电感式压力传感器6.2.7伺服式压力测量系统图6-29位置反馈式压力测量系统6.2.8谐振式压力传感器谐振弦式压力传感器图6-32谐振弦式压力传感器的原理示意图（a）间歇式（b）连续式谐振的激励方式图6-34振动筒式压力传感器的原理示意图（2）振动筒式压力传感器