第三章力学量检测技术3.ppt

光电式转矩传感器如图3-30所示。在转轴上安装两个光栅圆盘，两个光栅盘外侧设有光源和光敏元件。 无转矩作用时，两光栅的明暗条纹相互错开，完全遮挡住光路，因此放置于光栅一侧的光敏元件接收不到来自光栅盘另一侧的光源的光信号，无电信号输出。 当有转矩作用于转轴上时，由于轴的扭转变形，安装光栅处的两截面产生相对转角，两片光栅的暗条纹 逐渐重合，部分光线透过两光栅而照射到光敏元 件上，从而输出电信号。转矩越大，扭转角越大， 照射到光敏元件上的光越多，因而输出电信号也 越大。 信息采集技术 电子信息工程系 (2) 相位差式转矩传感器 图所示是基于磁感应原理的磁电相位差式转矩传感器。 信息采集技术 电子信息工程系 它在被测转轴相距L的两端处各安装一个齿形转轮，靠近转轮沿径向各放置一个感应式脉冲发生器(在永久磁铁上绕一固定线圈而成)。 当转轮的齿顶对准永久磁铁的磁极时，磁路气隙减小，磁阻减小，磁通增大； 当转轮转过半个齿距时，齿谷对准磁极，气隙增大，磁通减小，变化的磁通在感应线圈中产生感应电势。 无转矩作用时，转轴上安装转轮的两处无相对 角位移，两个脉冲发生器的输出信号相位相同。 信息采集技术 电子信息工程系 当有转矩作用时，两转轮之间就产生相对角位移，两个脉冲发生器的输出感应电势出现与转矩成比例的相位差，设转轮齿数为N，则相位差: 代入，得: 可见只要测出相位差 就可测得转矩。N的选取应使相位差满足： 与光电式转矩传感器一样，相位差式转矩传 感器也是非接触测量，结构简单，工作可靠，对 环境条件要求不高，精度一般可达0.2％。 电子信息工程系 信息采集技术 (3) 振弦式转矩传感器 振弦式转矩传感器 信息采集技术 电子信息工程系 在被测轴上相隔距离的两个面上固定安装着两个测量环，两根振弦分别被夹紧在测量环的支架上。 当轴受转矩作用时，两个测量环之间产生一相对转角，并使两根振弦中的一根张力增大，另一根张力减小，张力的改变将引起振弦自振频率的变化。自振频率与所受外力的平方根成正比，因此测出两振弦的振动频率差，就可知转矩大小。 在安装振弦时必须使其有一定的预紧力。 信息采集技术 电子信息工程系 信息采集技术 3.2 力的测量 3.2.1力的基本概念 1、力：凡是能使物体的运动状态或物体所具有的动量发生改变而获得加速度或者使物体发生变形的作用都称为力。 2、力的单位 力在国际单位制（SI)中是导出量，单位为牛顿（N）。 我国法定计量单位制和国际单位制中，规定 力的单位为牛顿（N），定义为：使1kg质量的 物体产生1 m/s2加速度的力，即1N=1kg·m/s2 。 电子信息工程系 信息采集技术 3、力量值的传递 标准砝码的重力作为力的标准。 定度：确定被校仪表刻度所对应的力值； 定度是根据基准和标准测力仪器设备所传递的力值确定被校 仪表刻度所对应的力值。 检定：确定被检定测力仪表的误差； 检定是将准确度级别更高的基准和标准测力 仪器设备与被检定测力仪表进行比对，以确定被 检定测力仪表的误差。 电子信息工程系 信息采集技术 3.2.2 力的测量方法 动力效应：使物体产生加速度； 静力效应：使物体产生应力、发生变形。 1、力平衡法 力平衡式测量法是基于比较测量的原理，用一个已知力来平衡待测的未知力，从而得出待测力的值。 平衡力可以是已知质量的重力、电磁力或气动力等。 电子信息工程系 信息采集技术 （1）机械式力平衡法 图（a)为梁式天平，通过调整砝码使指针归零，将被测力Fi与标准质量(砝码G)的重力进行平衡，直接比较得出被测力Fi的大小。 图 机械式力平衡装置 电子信息工程系 信息采集技术 （1）机械式力平衡法 图 (b)为机械杠杆式力平衡装置，可转动的杠杆支撑支点M上，杠杆左端上面悬挂有刀形支承N，在N的下端直接作用有被测力Fi；杠杆右端是质量m已知的可滑动砝码G；另在杠杆转动中心上安装有归零指针。测量时，调整砝码的位置使之与被测力平衡。当达到平衡时，则有: (3-15) 式中: a，b分别为被测力Fi和砝码G的力臂； g为当地重力加速度。 电子信息工程系 信息采集技术 （1）机械式力平衡法 可见，被测力Fi的大小与砝码重力mg的力臂b成正比，因此可以在杠杆上直接按力的大小刻度。这种测力计机构简单，常用于材料试验机的