力測量儀表

力測量儀表（force measuring instrument），是測量機械設備中的作用力的機械量測量儀表，又稱測力儀表。測力儀表一般由力感測器、測量電路和指示器等部分組成，並按力感測器的工作原理分類。力感測器是一種將被測力變換為電信號輸出的測量元件。

基本介紹

• 中文名：力測量儀表
• 外文名：force measuring instrument
• 又稱：測力儀表
• 工作原理：基本上有兩種

儀器介紹

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受力作用時其固有物理性質發生的變化，從而測得作用力的大小，如壓電式、磁彈性式和振弦式等力感測器；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，如電阻應變式、電容式等力感測器。

力感測器電路圖

分類

電阻應變式力感測器

利用貼上在彈性體上並組成電橋電路的應變片將被測力變換成電信號輸出的感測器。當彈性體受到力F作用變形時,應變片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生變化。這一電壓經放大器放大後，由顯示儀表指示被測力值。這種感測器具有測量精確度高、回響快和測量範圍寬等特點，故廣泛用於稱重儀表。測量上限值一般為10牛頓～100萬牛頓,測量誤差為0.05～0.5%。

磁彈性式力感測器

又稱壓磁式力感測器。它利用磁彈性體受力作用時內部產生應力應變，使材料的磁性質發生變化的磁彈性效應，將被測力變換成電信號輸出。磁彈性體由若干矽鋼片粘結而成,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，當磁彈性體不受力時因材料磁性的各向同性,由勵磁繞組產生的磁力線不與測量繞組交連,因而不產生感應電動勢。當磁彈性體受力作用時，材料的磁導率在壓應力方向降低，使磁力線分布發生變化，一部分磁力線與測量繞組交連而產生感應電動勢，感應電動勢大小隨被測力大小而變。這種力感測器的特點是輸出信號大，因內阻低而抗干擾性能好，能在惡劣的環境中工作，因而被廣泛用於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%。

力感測器

壓電式力感測器

利用壓電介質（如石英、鈦酸鋇等晶體）在力作用下發生極化而在兩端表面間出現電勢差的壓電效應，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,兩電極即產生電勢差。這種感測器具有輕巧、頻率回響範圍寬等特點，適用於測量動態力、衝擊力和短時間作用的靜態力等。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感測器輸出信號放大，並將感測器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。它的測量上限值為數千至數百萬牛頓。

振弦式力感測器

利用振弦的固有振動頻率隨張力的大小而變化的特性，將被測力轉換為頻率信號輸出的測量元件，振弦為一張緊的弦絲，置於永久磁鋼的磁場中，其一端固定，另一端與感測器運動部分相聯為了測量振弦的固有振動頻率,必須激發振弦振動。當激發脈衝加給繼電器時繼電器吸合。繞在永久磁鋼上的線圈與電源E接通一脈衝電流使振弦一吸一放而產生振動。當激發脈衝使繼電器斷開時，振弦在磁場中的運動使線圈產生感應電動勢U,其頻率與振弦的振動頻率相等。感測器輸出的是頻率信號，所以抗干擾性能好，而且信號能遠距離傳輸。另外，這種感測器還具有價格低、壽命長的特點，特別適用於對土壓力的測量,在土建施工中套用很廣。測量範圍為0.1牛頓～100萬牛頓，測量誤差為±1%。

原理圖