传感与检测技术课件：ch18-力、压力和力矩测量.ppt

在当今科技迅猛发展的时代，传感与检测技术正扮演着不可或缺的角色。其核心之一即为力、压力和力矩的精确测量。本章将深入探讨这些基本物理量的测量原理、方法以及应用场景。 我们需要理解力的概念。力是物体间相互作用的量度，根据其对物体状态的影响，可分为动力效应和静力效应。动力效应体现在力对物体运动状态的改变，如加速或减速；静力效应则是指力引起的物体变形。力的国际单位是牛顿（N），表示力作用的效果。 在力的测量中，应用了多种传感器技术。基于静力效应的传感器，如弹簧秤和负载细胞，通过测量弹性物体的变形来确定作用力的大小。而基于动力效应的传感器，则是测量由力引起的加速度，进而计算出力的大小，比如加速度计就是这一原理的典型应用。 压力测量通常指的是垂直作用于单位面积上的力，单位是帕斯卡（Pa）。大气压力，也就是地球大气重量造成的压力，会随着地理位置和海拔高度的变化而变化。绝对压力是指相对于绝对零压的数值，而表压则是相对压力，即绝对压力与大气压力的差值。正压力和负压力分别指的是绝对压力高于或低于大气压力的情况。真空度则是用来描述低于大气压力的绝对压力大小。 在压力测量技术中，常见的传感器包括弹性式、电容式、压电式等。这些传感器的工作原理各不相同，但共同目标是实现对压力变化的高精度检测。例如，弹性式传感器利用气体或液体在封闭容器中的压力改变所造成的弹性元件形变来进行测量。 接着，我们讨论力矩测量。力矩是力与力臂（力的作用点到转轴的距离）的乘积，表示物体发生转动的趋势和能力，单位是牛顿米（N.m）。力矩的测量对于确保机械系统的平衡与高效运行至关重要，广泛应用于航空航天、机器人技术等领域。 力矩传感器通常利用弹性体变形与作用力矩之间比例关系来测量力矩，如扭力传感器。传感器内部的弹性元件在受到扭矩作用时，会产生一定的扭转变形，通过测量这种变形程度，可以准确计算出力矩的大小。 应变片式传感器是一种重要的力与压力测量工具，它利用金属或半导体材料在受力时电阻值变化的特性，即电阻应变效应。当金属材料的长度和截面积因受力而变化时，其电阻值也会相应变化。应变片就是这种传感器的关键元件，它将机械变形转换为电信号输出。 了解了这些基本原理后，我们可以进一步探讨力、压力和力矩传感器在实际应用中的重要性。在工业自动化领域，这些传感器被用于监测和控制机械系统的性能，保障生产过程的精确和安全。在航空航天领域，准确测量力和力矩对于飞行器的设计、测试和运行至关重要。在生物医学领域，传感器有助于评估人体力学和运动，比如用于康复和运动分析。 力、压力和力矩的测量技术是传感与检测技术的重要组成部分，它们的应用范围极为广泛，对提高生产效率、确保系统安全、推进科学研究等领域均具有不可或缺的作用。随着技术的不断进步，未来的传感器将会更加精确、稳定和智能化，为各行各业的发展提供坚实的技术支持。