力測量儀表
一、簡介
力測量儀表，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。測力儀表一般由力傳感器、測量電路和指示器等部分組成，并按力傳感器的工作原理分類。力傳感器是一種將被測力變換為電信號輸出的測量元件。
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(fā)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傳感器；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、電容式等力傳感器。
二、分類
電阻應變式力傳感器
利用粘貼在彈性體上并組成電橋電路的應變片將被測力變換成電信號輸出的傳感器。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(fā)生變化。這一電壓經放大器放大后，由顯示儀表指示被測力值。這種傳感器具有測量準確度高、響應快和測量范圍寬等特點，故廣泛用于稱重儀表。測量上限值一般為10牛頓～100萬牛頓,測量誤差為0.05～0.5%。
磁彈性式力傳感器
又稱壓磁式力傳感器。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(fā)生變化的磁彈性效應，將被測力變換成電信號輸出。磁彈性體由若干硅鋼片粘結而成,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(fā)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。這種力傳感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(huán)境中工作，因而被廣泛用于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%。
壓電式力傳感器
利用壓電介質（如石英、鈦酸鋇等晶體）在力作用下發(fā)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。這種傳感器具有輕巧、頻率響應范圍寬等特點，適用于測量動態(tài)力、沖擊力和短時間作用的靜態(tài)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傳感器輸出信號放大，并將傳感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。
振弦式力傳感器
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，置于長久磁鋼的磁場中，其一端固定，另一端與傳感器運動部分相聯(lián)為了測量振弦的固有振動頻率,須***激發(fā)振弦振動。當激發(fā)脈沖加給繼電器時繼電器吸合。繞在長久磁鋼上的線圈與電源E接通一脈沖電流使振弦一吸一放而產生振動。當激發(fā)脈沖使繼電器斷開時，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。傳感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，這種傳感器還具有價格低、壽命長的特點，特別適用于對土壓力的測量,在土建施工中應用很廣。測量范圍為0.1牛頓～100萬牛頓，測量誤差為±1%。
