力測量背后的基本原則是 —— 當(dāng)力施加在物體上時，物體會被置換。使用各種位移傳感器計算位移量，從而進行力測量。這是一種用于計算力的間接方法。下面列出了一些測量力的直接方法。

· 應(yīng)變計轉(zhuǎn)換器

· 壓電轉(zhuǎn)換器

· 磁透鏡轉(zhuǎn)換器

· 使用壓力進行力測量

· 其他力測量系統(tǒng)

使用壓力進行力測量

通過壓力進行力測量可以通過兩種類型的稱重傳感器完成。下面將對此進行解釋。

1. 液壓稱重傳感器

如下圖所示，設(shè)備內(nèi)部充滿預(yù)載壓的機油。力施加在上部，這會增加腔室內(nèi)流體的壓力。此壓力變化使用壓力傳感器測量，或使用波頓管顯示在壓力表表盤上。

液壓稱重傳感器

當(dāng)壓力傳感器用于測量值時，已知稱重傳感器非常堅硬。即使在完全強制的情況下，它只會偏轉(zhuǎn)高達0.05mm。因此，該器件通常用于計算其值介于 500N 和 200KiloN 之間的力。力監(jiān)測裝置可以在充滿液體的軟管的幫助下放置在遠離設(shè)備的地方。有時需要多個稱重單元。如果是這樣，必須為此目的設(shè)計一個總的單元。

這種裝置的最大優(yōu)點是完全機械。設(shè)備不需要任何電氣幫助。它們還可用于計算拉伸力和壓縮力。如果設(shè)備設(shè)計正確，錯誤百分比不超過 0.25%。設(shè)備必須根據(jù)使用溫度的溫度進行校準(zhǔn)，因為它對溫度敏感。

2. 氣動負載單元

氣動稱重傳感器的工作與液壓稱重傳感器的工作幾乎相同。測量其值的力施加在活塞的一側(cè)，這由另一側(cè)的氣動壓力進行平衡。由此獲得的壓力將等于施加的輸入力。該值使用波登管進行測量。

氣動稱重傳感器

氣動稱重器具有內(nèi)腔，帶蓋閉合?？諝鈮毫υ谇皇覂?nèi)建立，直到其值等于蓋上的力。如果壓力進一步增加，腔室內(nèi)的空氣將強行打開蓋，并且過程將繼續(xù)，直到兩個壓力相等。此時，使用壓力傳感器讀取腔室中的壓力，該讀數(shù)將等于輸入力。

其他力測量系統(tǒng)

1. 彈性設(shè)備

應(yīng)變片可以替換為稱重傳感器內(nèi)的線性電壓差分變壓器 （LVDT），以了解彈性元件的位移。該器件最適合動態(tài)測量，因為它具有高分辨率和滯后性等良好功能。

另一個最適合測量彈性元件中力的設(shè)備是電容式稱重傳感器。使用該器件，可以通過測量電容來計算電位。傳感器有兩個平行板，兩者之間有一個小間隙。根據(jù)施加在設(shè)備上的力，彈簧支點的長度將發(fā)生變化，進而改變板之間的間隙距離并產(chǎn)生比例電容。此測量的電容值與施加的力成正比。

光纖還可用于設(shè)計光學(xué)應(yīng)變計來測量力。當(dāng)力施加在力求和成員上時，它會導(dǎo)致與應(yīng)變片粘合的光纖長度發(fā)生變化。如果兩個光纖應(yīng)變片的應(yīng)變水平不同，則撞擊光學(xué)測量儀的單色光束之間的相位差將與其施加的力值成正比。

為了獲得高分辨率的位移值，可以使用一種稱為干擾光稱重傳感器的設(shè)備。米歇爾森干涉儀用于測量導(dǎo)致叉形彈簧形狀變化的力量。彈性變形量最高，材料的應(yīng)變不需要像應(yīng)變片稱重電池那樣大。彈簧由石英制成，對溫度的依賴性很小。

2. 振動元件

共振原理用于振動元件的力傳感器。如果使用音叉稱重傳感器，傳感器的兩端將連接兩個平行帶板，并將進行振動，以相反的方向振動。由此引起的諧振的變化與施加的力成正比。信號的傳輸和接收由兩個壓電元件攜帶，這些元件離叉子很近。