力壓力和位移測量課件

力物體對物體的作用：物體變形；物體運動

單位：牛頓（N）、千牛（kN）、公斤（kg）1kg＝9.8N分類：靜力、動態(tài)力應用：稱重、應變、扭矩1、力測量第1頁/共47頁1、力測量第1頁/共47頁1應變式柱式及筒式測力傳感器結構敏感元件——彈性柱/筒

力作用在軸向產(chǎn)生變形轉換元件——應變片轉換電路——電橋工作方式：受壓式、受拉式力的作用點或方向造成橫向力->產(chǎn)生附加彎矩->造成測力誤差

——采用徑向剛度大大高于軸向剛度的橫向定位膜片特點:體積小、結構緊湊、構造簡單、可以承受很大的載荷1、力測量1－彈性柱（筒）2－應變片3－橫向定位膜片4－傳感器體第2頁/共47頁應變式1、力測量1－彈性柱（筒）2－應變片第2頁/共2應變式剪切梁式測力傳感器結構敏感元件——剪切梁

受力F作用，在梁的切向產(chǎn)生剪切力（沿梁的方向等強度分布）

—→切應力—→與梁的中心軸線成±45o方向有拉伸和壓縮應力轉換元件——應變片貼在梁側面與中心軸成45度并相互垂直的位置上轉換電路——電橋

R1、R3受拉伸增加；R2、R4受壓縮減小——全橋測量特點：體積小、結構簡單、線性好、測量精度高1、力測量FR1(R3)R2(R4)剪切力第3頁/共47頁應變式1、力測量FR1(R3)R2(R4)剪切力第33壓電式

動態(tài)力傳感器結構敏感元件——彈性膜片

受力F作用，彈性膜片傳遞力轉換元件——壓電元件

轉換電路

電壓放大器——受頻率以及電纜影響，一般精度測量電荷放大器——幾乎不受電纜長度影響，高精度測量1、力測量壓電元件傳感器體彈性膜片電極引線F第4頁/共47頁壓電式1、力測量壓電元件傳感器體彈性膜片電極引線F第4頁/共4壓電式

動態(tài)力傳感器應用電荷泄漏——不可用于靜態(tài)、準靜態(tài)信號的測量（頻率下限由后續(xù)放大器性質決定）減小電纜的影響固定好傳感器的引出電纜選用低噪聲的同軸電纜

接地問題消除接地回路：絕緣連接、單點接地轉換電路1、力測量錯誤正確在振動最小點離開試件第5頁/共47頁壓電式1、力測量錯誤正確在振動最小點離5測力裝置的動態(tài)測量動態(tài)誤差負載效應：改變/影響了被測體狀態(tài)，造成力測量的誤差

——直接利用被測系統(tǒng)的構件作為測力裝置的彈性元件測量裝置阻尼力及慣性力的影響（彈性——質量）

測量裝置為二階系統(tǒng)，其頻率特性不滿足不失真測量

——在整個頻率范圍內進行全面標定和校準1、力測量第6頁/共47頁測力裝置的動態(tài)測量1、力測量第6頁/共47頁6測力裝置的動態(tài)測量交叉干擾多向測力，相互影響精心設計彈性元件，使變形合理正確選擇應變片粘貼部位利用修正來減小交叉干擾頻率特性——校準1、力測量第7頁/共47頁測力裝置的動態(tài)測量1、力測量第7頁/共47頁7LC05系列產(chǎn)品測量動態(tài)、短期靜態(tài)的振動和沖擊力，機械結構的拉伸和壓縮力與激振器配合，能夠測量和控制激振力與加速度、速度傳感器配合，可測量機械阻抗1、力測量第8頁/共47頁LC05系列產(chǎn)品1、力測量第8頁/共47頁8流體壓強單位面積上所受到的流體作用力，即垂直作用力/面積

工程上則習慣于稱其為“壓力”單位：Pa(帕、N/m2

)、兆帕（MPa）應用：氣壓、液/油壓2、流體壓力測量第9頁/共47頁2、流體壓力測量第9頁/共47頁9U形管壓力計測量技術原理：壓力平衡U形管＋定量工作液體若一端通壓力（或大氣）P0，另一端接被測壓力P

?h為兩側的液面差值,γ為重度（＝ρ密度xg重力加速度）被測介質（如氣體）重度遠小于工作液體的重度：2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質γ1越小，△h就越大,說明選用密度較小的工作液體，可以提高壓力計的靈敏度。第10頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質10U形管壓力計測量技術精度：取決于刻度及讀數(shù)的方式一般U形管壓力計讀數(shù)刻度的最小單位是1mm配備光學讀數(shù)裝置，提高讀數(shù)精度適用范圍測量低壓負壓或壓差優(yōu)點:結構簡單、使用方便、價格低廉缺點:玻璃管易破碎、體積偏大、讀數(shù)不方便

2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質第11頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質11U形管壓力計測量技術誤差環(huán)境條件的影響讀數(shù)標尺因溫度變化會膨脹或收縮工作液體比重也會受當?shù)販囟群椭亓铀俣鹊挠绊懓惭b的影響：自由懸掛毛細管現(xiàn)象的影響管內的毛細現(xiàn)象:將使液柱產(chǎn)生附加的升高或降低，其值取決于工作液的種類、溫度及管子內徑要求所用液柱管的內徑不能太細讀數(shù)方面的影響由于液體與固體間表面張力的影響，玻璃管中水銀柱液體是凸起的，而水面則是下凹的讀數(shù)時，應注意從凸面或凹面的頂點算起2、流體壓力測量第12頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量第12頁/共47頁12斜管微壓計結構：U形管的垂直管傾斜到夾角α，放大了讀數(shù)精度：讀數(shù)最小單位是0.1mm適用范圍：專供測量微小壓力的實驗用儀器

2、流體壓力測量實際應用時α可以改變，α越小，靈敏度越高液面拉得也越長，會影響讀數(shù)的準確性，并且α太小會使壓力測量范圍過小一般α不小于150

第13頁/共47頁斜管微壓計2、流體壓力測量實際應用時α可以改變，α越小，靈敏13彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管波登管:指針式壓力計的彈性敏感元件橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管通入有一定壓力的流體時，管內外的壓力差迫使管截面趨于圓形，導致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移橫截面縱橫直徑比愈大，波登管靈敏度越高，但強度降低優(yōu)點是：測量精度高，可測兆帕級壓力缺點是：尺寸大，固有頻率較低，不宜作為動態(tài)測量2、流體壓力測量第14頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第14頁/14彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管膜片:中低壓壓力計的敏感元件在壓力作用下，迫使膜片產(chǎn)生相應的彈性變形——位移借助連桿組經(jīng)傳動機構的傳動并予放大齒輪指針在膜片表面粘貼應變片來感測其表面應變平膜片:周邊固定的彈性膜片,最低階固有頻率與膜片厚度、膜片半徑、膜片材料的密度、彈性膜量等許多因素有關波紋膜片和膜盒：靈敏度高2、流體壓力測量第15頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第15頁/15彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管波紋管:指針式壓力計的彈性敏感元件在壓力作用下，迫使波紋管軸向產(chǎn)生相應的彈性變形——位移特點：在較低的壓力下得到較大的變位，靈敏適用介質：液體，空氣，天然氣及相容氣體黃銅波紋管、不銹鋼波紋管2、流體壓力測量第16頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第16頁/16動態(tài)流體壓力測量應變式彈性元件：懸鏈膜片、平膜片等轉換元件：采用應變片來感受彈性元件受壓后的局部變形轉換電路：電橋常用應變式壓力傳感器懸鏈膜片-應變筒式平膜片式2、流體壓力測量第17頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量第17頁/共47頁17動態(tài)流體壓力測量應變式:SPTA系列2、流體壓力測量敏感元件采用合金材料與箔式自補償應變片組成全橋電路，內裝高精度、低噪聲、低漂移集成放大器輸出信號可達5V,可解決小信號的遠距離傳輸精度高，穩(wěn)定性好，結構簡單，使用方便適用于氣體，液體及腐蝕介質的靜態(tài)及緩變壓力參數(shù)的測量壓力范圍0～0.5;0.6;0.8;1;3;6;10;15;20;25;60MPa輸出電壓1V;3V;5V系統(tǒng)精度0.1～0.3%F.S零點溫漂0.1～0.3%F.S/10℃靈敏度溫漂0.1～0.3%F.S/10℃供電電壓±15VD.C工作環(huán)境溫度-40℃～+90℃過載能力120%重量約130克負載阻抗≥10KΩ第18頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量敏感元件采用合金材料與箔式自18動態(tài)流體壓力測量壓阻式彈性元件：單晶硅平膜片轉換元件：沿一定晶軸方向擴散著一些長條形電阻——應變片轉換電路：電橋特點：靈敏度比一般金屬應變片高的多

2、流體壓力測量第19頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量第19頁/共47頁19動態(tài)流體壓力測量壓電式彈性元件：膜片式轉換元件：壓電元件轉換電路：電荷放大器傳感器有很高的固有頻率2、流體壓力測量膜片壓電元件引線壓力殼體絕緣電極第20頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量膜片壓電元件引線壓力殼體絕緣20動態(tài)流體壓力測量壓電式：63012、流體壓力測量測量液體、氣體的緩變和速變壓力主要技術指標壓力范圍：6Mpa最大壓力：10MPa靈敏度：2×10-4pC/Pa非線性度：±1%滿量程遲滯：0.5%滿量程諧振頻率：125kHz上升時間：2.4μs電容：8pF絕緣電阻：1012Ω溫度范圍：-196─+200℃重量：24.5g第21頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量測量液體、氣體的緩變和速變壓21動態(tài)流體壓力測量壓電式：AK系列2、流體壓力測量采用外殼和膜片為一體的圓膜片結構頻響高，精度高，性能穩(wěn)定可靠適用于各種動、靜態(tài)，氣、液體介質的壓力測量尺寸小，安裝方便連接螺紋：M20×1.5最小外形尺寸?10

第22頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量采用外殼和膜片為一體的圓膜片22壓力傳感器標定靜態(tài)標定：確定傳感器的靜態(tài)指標靈敏度非線性度、重復性——精度量程動態(tài)標定頻率響應特性2、流體壓力測量第23頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第23頁/共47頁23壓力傳感器標定靜態(tài)標定儀器：標準活塞壓力計以作用在某一確定面積上的已知重力來平衡被測壓力的

——確定的柱塞面積、精確的標準砝碼2、流體壓力測量砝碼△H柱塞壓力計油杯標定傳感器壓力油缸手輪柱塞座閥門油缸活塞工作原理被標定：壓力計、傳感器油杯＋手輪＋油缸活塞——充油砝碼＋手輪?H——砝碼/標準壓力（確定面積上的已知重力）高精度：0.02、0.05、0.2、0.5寬量程：標準砝碼第24頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量砝碼△H柱塞壓力計油杯標定傳感24壓力傳感器標定靜態(tài)標定應變式、壓阻式壓力傳感器均勻、逐步加載和卸載加砝碼時要避免因沖擊引起的壓力值的過沖——滯后特性壓電式壓力傳感器測量系統(tǒng)具有足夠高的絕緣電阻，以防止電荷的泄露為提高標定精度，標定過程中采用快速卸載法

2、流體壓力測量第25頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第25頁/共47頁25壓力傳感器標定動態(tài)標定標準激勵信號周期函數(shù)：如正弦波、三角波等以正弦波為常用，如正弦壓力信號發(fā)生器——低壓、低頻率瞬變函數(shù)：如階躍波、半階躍波等以階躍波最常用，適用于高頻范圍標定2、流體壓力測量第26頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第26頁/共47頁26壓力傳感器標定動態(tài)標定標準激勵信號：激波管裝置

2、流體壓力測量激波管高壓管段壓力表膜片低壓管段高壓氣源刺膜機構觸發(fā)點傳感器觸發(fā)點工作原理被標定：傳感器高壓氣源激波管高壓管段壓力表——形成一定的壓力刺膜機構膜片音速激波低壓管段傳感器——階躍激勵階躍壓力波：10MPa第27頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量激波管高壓管段壓力表273、位移測量位移物體移動的距離

微小移動距離：毫米～納米單位：mm(毫米)、μm(微米)傳感器類型電感式傳感器渦流式傳感器電容式傳感器第28頁/共47頁3、位移測量第28頁/共47頁28電感式傳感器(單邊)差動變壓器結構：2組線圈、一根鐵芯線圈1通入交變電流i(t)，在線圈附近空間產(chǎn)生磁通，通過耦合，從而在線圈2產(chǎn)生感生電壓U2，則

M21是兩線圈之間的互感和鐵芯的位置有關當鐵心在兩個線圈的孔中左、右移動時，u2隨之變化，但是與x之間的關系呈現(xiàn)非線性，靈敏度也低實用中常采用雙邊差動變壓器結構改善其非線性3、位移測量u2i(t)M21N1N2第29頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量u2i(t)M21N1N2第29頁/29電感式傳感器雙邊（三段式）差動變壓器結構：初級線圈、完全對稱的反極性串聯(lián)的次級線圈、銜鐵次級開路時輸出：與鐵心位移、速度成正比3、位移測量初級鐵芯骨架絕緣桿u2i(t)M21N1N2第30頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量初級鐵芯骨架絕緣桿u2i(t)M2130電感式傳感器雙邊（三段式）差動變壓器雙邊差動變壓器特性曲線缺點：一個輸出，對應兩個輸入改善：后接相敏檢波器線性度：非線性度可達到±0.1％用途：小位移10～20mm優(yōu)點：輸出功率大，性能穩(wěn)定精度高3、位移測量理論實際Δx0—零點UT

—殘余電壓Uoxo第31頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量理論Δx0—零點Uoxo第31頁/共31電感式傳感器二段式差動變壓器大位移測量：數(shù)百毫米結構：激勵線圈

2x感應線圈＋鐵芯在中心位置：感應電壓等值反向激勵電流以及輸出電壓：3、位移測量輸出：ucd感應線圈L感應線圈R鐵芯外殼滑動支架勵磁速度(低頻)位移(載波)速度(載波)第32頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量輸出：ucd感應線圈L感應線圈R鐵芯32電感式傳感器二段式差動變壓器大行程測量儀結構圖

第一個分量是低頻信號，其頻率與v相同，可用于測量速度第二個分量是調幅信號（正比于位移x），可作為位移測量信號第三個分量是調幅信號（正比于位移v），相差90o，相敏濾去3、位移測量第33頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量第33頁/共47頁33國產(chǎn)差動變壓器傳感器主要技術參數(shù)3、位移測量型號量程（mm）線性度（％）分辨力（μm）靈敏度DC(mv/mm)輸出DC(v)

－1型0~±1＜0.5＜1600±0.6

－5型0～±5、0～10＜0.8＜2600±3

－10型0～±10、0～20＜0.8＜10300±3

－15型0～±15、0～30＜1＜10100±1.5

－30型0～±30、0～60＜1＜20270±8

－50型0～±50、0～100＜1＜20150±8

－200型0～±200、0～400＜1＜3050±10第34頁/共47頁國產(chǎn)差動變壓器傳感器主要技術參數(shù)3、位移測量型號量程線性度分34渦流式傳感器工作原理結構：變壓器--變互感

原邊——激勵線圈次邊——輸出短路的一匝/環(huán)路間隙——控制互感/耦合電渦流線圈等效阻抗

Z=R+jωLZ=f（i1、f、、、t、

）

Z和距離

、導體、、t有關3、位移測量導體第35頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量導體第35頁/共47頁35渦流式傳感器工作原理諧振電路

C1——諧振電容

L、R——等效電感及電阻諧振頻率以及阻抗

δ＝∞，互感為0，Zab峰值最大δ≠∞，Zab峰值降低（回路失諧）

δ1>δ2

阻抗下降（a、b）3、位移測量鐵磁材料：導磁率大大于空氣的材料（鐵氧體、釹鐵硼，釤鈷）非磁材料：銅、鋁第36頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量鐵磁材料：導磁率大大于空氣的材料（鐵36渦流式傳感器測量系統(tǒng)靈敏度取決于：被測面材料、被測面形狀——標定優(yōu)點：非接觸測量、線性好，工作范圍寬，分辨率小缺點：靈敏度稍低于電容式傳感器3、位移測量UoR

L晶體振蕩器濾波放大檢波

C1UeUx第37頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量UoR晶體振蕩器濾波放大檢波37渦流式傳感器3、位移測量一體化電渦流位移/振動傳感器（內置前置器）

常用的渦流探頭＋前置器第38頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量一體化電渦流位移/振動傳感器（內置前38渦流式傳感器渦流傳感器:3300傳感器量程0.25~~2.3mm靈敏度7.87V/mm頻響0~~10kHz精度±4﹪線性±0.0254mm

供電-24Vdc,12mA

溫漂

±10﹪(22~~177°)3、位移測量第39頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量第39頁/共47頁39渦流式傳感器eddyNCDT3300電渦流位移傳感器線性量程:2mm絕對誤差:≤±0.25%FSO分辨率:0.005%FSO頻率響應:25kHz(-3dB)探頭適用溫度：-50℃至+150℃3、位移測量第40頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量第40頁/共47頁40渦流式傳感器3、位移測量EX-V系列數(shù)字位移感應傳感器高速：采樣頻率40kHz高精度：線性修正模擬輸出：±5V第41頁/共47頁渦流式傳感器3、位移測量EX-V系列數(shù)字位移感應傳感器第441電容式傳感器測量電路:3種調頻運放3、位移測量調幅UsUo電容傳感器固定電容第42頁/共47頁電容式傳感器3、位移測量調幅UsUo電容傳感器固定電容第4242電容式傳感器特點結構簡單，配合適當?shù)臏y量電路，可得到較大的靈敏度工作頻率高，適于對變化速率高的位移進行測量如果把被測件作為一個極板片，可以實現(xiàn)非接觸式測量3、位移測量第43頁/共47頁電容式傳感器3、位移測量第43頁/共47頁43電容式傳感器非接觸DWC型電容式位移傳感器線性量程:5/10/50/100/500/1000/2000/3000/4000/5000μm分辨率:0.01%FS

非線性:0.25%FS

頻響:0--7.5KHz

電源:+15V,-15V

輸出:-5V--+5V

溫度穩(wěn)定性:0.25%FS/h

長期穩(wěn)定性:0.05%FSO/y3、位移測量第44頁/共47頁電容式傳感器3、位移測量第44頁/共47頁44傳感器比較3、位移測量傳感器量程特點電感式（自感式）0.001~1mm精度一般為1％～3％三段式差動變壓器式二段式差動變壓器式10~20mm數(shù)百毫米輸出功率大、性能穩(wěn)定、精度高電渦流式1~100mm測量線性范圍大、非接觸式，振動、位移測量電容式0.001～0.1mm靈敏度高、非接觸式，振動、位移測量第45頁/共47頁傳感器比較3、位移測量傳感器量程特點電感式（自感式）0.0045Thankyou!第46頁/共47頁Thankyou!第46頁/共47頁46感謝您的欣賞！第47頁/共47頁感謝您的欣賞！第47頁/共47頁47力物體對物體的作用：物體變形；物體運動

單位：牛頓（N）、千牛（kN）、公斤（kg）1kg＝9.8N分類：靜力、動態(tài)力應用：稱重、應變、扭矩1、力測量第1頁/共47頁1、力測量第1頁/共47頁48應變式柱式及筒式測力傳感器結構敏感元件——彈性柱/筒

力作用在軸向產(chǎn)生變形轉換元件——應變片轉換電路——電橋工作方式：受壓式、受拉式力的作用點或方向造成橫向力->產(chǎn)生附加彎矩->造成測力誤差

——采用徑向剛度大大高于軸向剛度的橫向定位膜片特點:體積小、結構緊湊、構造簡單、可以承受很大的載荷1、力測量1－彈性柱（筒）2－應變片3－橫向定位膜片4－傳感器體第2頁/共47頁應變式1、力測量1－彈性柱（筒）2－應變片第2頁/共49應變式剪切梁式測力傳感器結構敏感元件——剪切梁

受力F作用，在梁的切向產(chǎn)生剪切力（沿梁的方向等強度分布）

—→切應力—→與梁的中心軸線成±45o方向有拉伸和壓縮應力轉換元件——應變片貼在梁側面與中心軸成45度并相互垂直的位置上轉換電路——電橋

R1、R3受拉伸增加；R2、R4受壓縮減小——全橋測量特點：體積小、結構簡單、線性好、測量精度高1、力測量FR1(R3)R2(R4)剪切力第3頁/共47頁應變式1、力測量FR1(R3)R2(R4)剪切力第350壓電式

動態(tài)力傳感器結構敏感元件——彈性膜片

受力F作用，彈性膜片傳遞力轉換元件——壓電元件

轉換電路

電壓放大器——受頻率以及電纜影響，一般精度測量電荷放大器——幾乎不受電纜長度影響，高精度測量1、力測量壓電元件傳感器體彈性膜片電極引線F第4頁/共47頁壓電式1、力測量壓電元件傳感器體彈性膜片電極引線F第4頁/共51壓電式

動態(tài)力傳感器應用電荷泄漏——不可用于靜態(tài)、準靜態(tài)信號的測量（頻率下限由后續(xù)放大器性質決定）減小電纜的影響固定好傳感器的引出電纜選用低噪聲的同軸電纜

接地問題消除接地回路：絕緣連接、單點接地轉換電路1、力測量錯誤正確在振動最小點離開試件第5頁/共47頁壓電式1、力測量錯誤正確在振動最小點離52測力裝置的動態(tài)測量動態(tài)誤差負載效應：改變/影響了被測體狀態(tài)，造成力測量的誤差

——直接利用被測系統(tǒng)的構件作為測力裝置的彈性元件測量裝置阻尼力及慣性力的影響（彈性——質量）

測量裝置為二階系統(tǒng)，其頻率特性不滿足不失真測量

——在整個頻率范圍內進行全面標定和校準1、力測量第6頁/共47頁測力裝置的動態(tài)測量1、力測量第6頁/共47頁53測力裝置的動態(tài)測量交叉干擾多向測力，相互影響精心設計彈性元件，使變形合理正確選擇應變片粘貼部位利用修正來減小交叉干擾頻率特性——校準1、力測量第7頁/共47頁測力裝置的動態(tài)測量1、力測量第7頁/共47頁54LC05系列產(chǎn)品測量動態(tài)、短期靜態(tài)的振動和沖擊力，機械結構的拉伸和壓縮力與激振器配合，能夠測量和控制激振力與加速度、速度傳感器配合，可測量機械阻抗1、力測量第8頁/共47頁LC05系列產(chǎn)品1、力測量第8頁/共47頁55流體壓強單位面積上所受到的流體作用力，即垂直作用力/面積

工程上則習慣于稱其為“壓力”單位：Pa(帕、N/m2

)、兆帕（MPa）應用：氣壓、液/油壓2、流體壓力測量第9頁/共47頁2、流體壓力測量第9頁/共47頁56U形管壓力計測量技術原理：壓力平衡U形管＋定量工作液體若一端通壓力（或大氣）P0，另一端接被測壓力P

?h為兩側的液面差值,γ為重度（＝ρ密度xg重力加速度）被測介質（如氣體）重度遠小于工作液體的重度：2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質γ1越小，△h就越大,說明選用密度較小的工作液體，可以提高壓力計的靈敏度。第10頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質57U形管壓力計測量技術精度：取決于刻度及讀數(shù)的方式一般U形管壓力計讀數(shù)刻度的最小單位是1mm配備光學讀數(shù)裝置，提高讀數(shù)精度適用范圍測量低壓負壓或壓差優(yōu)點:結構簡單、使用方便、價格低廉缺點:玻璃管易破碎、體積偏大、讀數(shù)不方便

2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質第11頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量γ1工作液體γ2被測介質58U形管壓力計測量技術誤差環(huán)境條件的影響讀數(shù)標尺因溫度變化會膨脹或收縮工作液體比重也會受當?shù)販囟群椭亓铀俣鹊挠绊懓惭b的影響：自由懸掛毛細管現(xiàn)象的影響管內的毛細現(xiàn)象:將使液柱產(chǎn)生附加的升高或降低，其值取決于工作液的種類、溫度及管子內徑要求所用液柱管的內徑不能太細讀數(shù)方面的影響由于液體與固體間表面張力的影響，玻璃管中水銀柱液體是凸起的，而水面則是下凹的讀數(shù)時，應注意從凸面或凹面的頂點算起2、流體壓力測量第12頁/共47頁U形管壓力計測量技術2、流體壓力測量第12頁/共47頁59斜管微壓計結構：U形管的垂直管傾斜到夾角α，放大了讀數(shù)精度：讀數(shù)最小單位是0.1mm適用范圍：專供測量微小壓力的實驗用儀器

2、流體壓力測量實際應用時α可以改變，α越小，靈敏度越高液面拉得也越長，會影響讀數(shù)的準確性，并且α太小會使壓力測量范圍過小一般α不小于150

第13頁/共47頁斜管微壓計2、流體壓力測量實際應用時α可以改變，α越小，靈敏60彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管波登管:指針式壓力計的彈性敏感元件橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管通入有一定壓力的流體時，管內外的壓力差迫使管截面趨于圓形，導致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移橫截面縱橫直徑比愈大，波登管靈敏度越高，但強度降低優(yōu)點是：測量精度高，可測兆帕級壓力缺點是：尺寸大，固有頻率較低，不宜作為動態(tài)測量2、流體壓力測量第14頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第14頁/61彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管膜片:中低壓壓力計的敏感元件在壓力作用下，迫使膜片產(chǎn)生相應的彈性變形——位移借助連桿組經(jīng)傳動機構的傳動并予放大齒輪指針在膜片表面粘貼應變片來感測其表面應變平膜片:周邊固定的彈性膜片,最低階固有頻率與膜片厚度、膜片半徑、膜片材料的密度、彈性膜量等許多因素有關波紋膜片和膜盒：靈敏度高2、流體壓力測量第15頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第15頁/62彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管波紋管:指針式壓力計的彈性敏感元件在壓力作用下，迫使波紋管軸向產(chǎn)生相應的彈性變形——位移特點：在較低的壓力下得到較大的變位，靈敏適用介質：液體，空氣，天然氣及相容氣體黃銅波紋管、不銹鋼波紋管2、流體壓力測量第16頁/共47頁彈性式壓力計：波登管、膜片、波紋管2、流體壓力測量第16頁/63動態(tài)流體壓力測量應變式彈性元件：懸鏈膜片、平膜片等轉換元件：采用應變片來感受彈性元件受壓后的局部變形轉換電路：電橋常用應變式壓力傳感器懸鏈膜片-應變筒式平膜片式2、流體壓力測量第17頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量第17頁/共47頁64動態(tài)流體壓力測量應變式:SPTA系列2、流體壓力測量敏感元件采用合金材料與箔式自補償應變片組成全橋電路，內裝高精度、低噪聲、低漂移集成放大器輸出信號可達5V,可解決小信號的遠距離傳輸精度高，穩(wěn)定性好，結構簡單，使用方便適用于氣體，液體及腐蝕介質的靜態(tài)及緩變壓力參數(shù)的測量壓力范圍0～0.5;0.6;0.8;1;3;6;10;15;20;25;60MPa輸出電壓1V;3V;5V系統(tǒng)精度0.1～0.3%F.S零點溫漂0.1～0.3%F.S/10℃靈敏度溫漂0.1～0.3%F.S/10℃供電電壓±15VD.C工作環(huán)境溫度-40℃～+90℃過載能力120%重量約130克負載阻抗≥10KΩ第18頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量敏感元件采用合金材料與箔式自65動態(tài)流體壓力測量壓阻式彈性元件：單晶硅平膜片轉換元件：沿一定晶軸方向擴散著一些長條形電阻——應變片轉換電路：電橋特點：靈敏度比一般金屬應變片高的多

2、流體壓力測量第19頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量第19頁/共47頁66動態(tài)流體壓力測量壓電式彈性元件：膜片式轉換元件：壓電元件轉換電路：電荷放大器傳感器有很高的固有頻率2、流體壓力測量膜片壓電元件引線壓力殼體絕緣電極第20頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量膜片壓電元件引線壓力殼體絕緣67動態(tài)流體壓力測量壓電式：63012、流體壓力測量測量液體、氣體的緩變和速變壓力主要技術指標壓力范圍：6Mpa最大壓力：10MPa靈敏度：2×10-4pC/Pa非線性度：±1%滿量程遲滯：0.5%滿量程諧振頻率：125kHz上升時間：2.4μs電容：8pF絕緣電阻：1012Ω溫度范圍：-196─+200℃重量：24.5g第21頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量測量液體、氣體的緩變和速變壓68動態(tài)流體壓力測量壓電式：AK系列2、流體壓力測量采用外殼和膜片為一體的圓膜片結構頻響高，精度高，性能穩(wěn)定可靠適用于各種動、靜態(tài)，氣、液體介質的壓力測量尺寸小，安裝方便連接螺紋：M20×1.5最小外形尺寸?10

第22頁/共47頁動態(tài)流體壓力測量2、流體壓力測量采用外殼和膜片為一體的圓膜片69壓力傳感器標定靜態(tài)標定：確定傳感器的靜態(tài)指標靈敏度非線性度、重復性——精度量程動態(tài)標定頻率響應特性2、流體壓力測量第23頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第23頁/共47頁70壓力傳感器標定靜態(tài)標定儀器：標準活塞壓力計以作用在某一確定面積上的已知重力來平衡被測壓力的

——確定的柱塞面積、精確的標準砝碼2、流體壓力測量砝碼△H柱塞壓力計油杯標定傳感器壓力油缸手輪柱塞座閥門油缸活塞工作原理被標定：壓力計、傳感器油杯＋手輪＋油缸活塞——充油砝碼＋手輪?H——砝碼/標準壓力（確定面積上的已知重力）高精度：0.02、0.05、0.2、0.5寬量程：標準砝碼第24頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量砝碼△H柱塞壓力計油杯標定傳感71壓力傳感器標定靜態(tài)標定應變式、壓阻式壓力傳感器均勻、逐步加載和卸載加砝碼時要避免因沖擊引起的壓力值的過沖——滯后特性壓電式壓力傳感器測量系統(tǒng)具有足夠高的絕緣電阻，以防止電荷的泄露為提高標定精度，標定過程中采用快速卸載法

2、流體壓力測量第25頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第25頁/共47頁72壓力傳感器標定動態(tài)標定標準激勵信號周期函數(shù)：如正弦波、三角波等以正弦波為常用，如正弦壓力信號發(fā)生器——低壓、低頻率瞬變函數(shù)：如階躍波、半階躍波等以階躍波最常用，適用于高頻范圍標定2、流體壓力測量第26頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量第26頁/共47頁73壓力傳感器標定動態(tài)標定標準激勵信號：激波管裝置

2、流體壓力測量激波管高壓管段壓力表膜片低壓管段高壓氣源刺膜機構觸發(fā)點傳感器觸發(fā)點工作原理被標定：傳感器高壓氣源激波管高壓管段壓力表——形成一定的壓力刺膜機構膜片音速激波低壓管段傳感器——階躍激勵階躍壓力波：10MPa第27頁/共47頁壓力傳感器標定2、流體壓力測量激波管高壓管段壓力表743、位移測量位移物體移動的距離

微小移動距離：毫米～納米單位：mm(毫米)、μm(微米)傳感器類型電感式傳感器渦流式傳感器電容式傳感器第28頁/共47頁3、位移測量第28頁/共47頁75電感式傳感器(單邊)差動變壓器結構：2組線圈、一根鐵芯線圈1通入交變電流i(t)，在線圈附近空間產(chǎn)生磁通，通過耦合，從而在線圈2產(chǎn)生感生電壓U2，則

M21是兩線圈之間的互感和鐵芯的位置有關當鐵心在兩個線圈的孔中左、右移動時，u2隨之變化，但是與x之間的關系呈現(xiàn)非線性，靈敏度也低實用中常采用雙邊差動變壓器結構改善其非線性3、位移測量u2i(t)M21N1N2第29頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量u2i(t)M21N1N2第29頁/76電感式傳感器雙邊（三段式）差動變壓器結構：初級線圈、完全對稱的反極性串聯(lián)的次級線圈、銜鐵次級開路時輸出：與鐵心位移、速度成正比3、位移測量初級鐵芯骨架絕緣桿u2i(t)M21N1N2第30頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量初級鐵芯骨架絕緣桿u2i(t)M2177電感式傳感器雙邊（三段式）差動變壓器雙邊差動變壓器特性曲線缺點：一個輸出，對應兩個輸入改善：后接相敏檢波器線性度：非線性度可達到±0.1％用途：小位移10～20mm優(yōu)點：輸出功率大，性能穩(wěn)定精度高3、位移測量理論實際Δx0—零點UT

—殘余電壓Uoxo第31頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量理論Δx0—零點Uoxo第31頁/共78電感式傳感器二段式差動變壓器大位移測量：數(shù)百毫米結構：激勵線圈

2x感應線圈＋鐵芯在中心位置：感應電壓等值反向激勵電流以及輸出電壓：3、位移測量輸出：ucd感應線圈L感應線圈R鐵芯外殼滑動支架勵磁速度(低頻)位移(載波)速度(載波)第32頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量輸出：ucd感應線圈L感應線圈R鐵芯79電感式傳感器二段式差動變壓器大行程測量儀結構圖

第一個分量是低頻信號，其頻率與v相同，可用于測量速度第二個分量是調幅信號（正比于位移x），可作為位移測量信號第三個分量是調幅信號（正比于位移v），相差90o，相敏濾去3、位移測量第33頁/共47頁電感式傳感器3、位移測量第33頁/共47頁80國產(chǎn)差動變壓器傳感器主要技術參數(shù)3、位移測量型號量程（mm）線性度（％）分辨力（μm）靈敏度DC(mv/mm)輸出DC(v)

－1型0~±1＜0.5＜1600±0.6

－5型0～±5、0～10＜0.8＜2600±3

－10型0～±10、0～20＜0.8＜10300±3

－15型0～±15、0～30＜1＜10100±1.5

－30型0～±30、0～60＜1＜20270±8

－50型0～±50、0～100＜1＜20150±8

－200型0～±200、0～400＜1＜3050±10第34頁/共47頁國產(chǎn)差動變壓器傳感器主要技術參數(shù)3、位移測量型號量程線性度分81渦流式傳感器工作原理結構：變壓器--變互感

原邊——激勵線圈次邊——輸出短路的一匝/環(huán)路間隙——控制互感/耦合電渦流線圈等效阻抗

Z=R+jωLZ=f（i1、f、、、t、

）

Z和距離

、導體、、t有關