力值發生裝置設計

『壹』 如何用試驗的方法測量出單個車輪與地面的摩擦力如果要設計一個這種測力裝置的話，測試原理是什麼

回答：車輪與地面的摩擦為滾動摩擦，這是因為車輪與地面接觸部分沒有專相對運動屬。所以要測量單個車輪的摩擦力，只能在車輪正常工作的條件下，用測力計測量整個系統的滾動摩擦力，然後根據是幾個輪子在工作，把測量值除以輪子個數來大致得出單個輪子的摩擦力。
如果不是在輪子工作狀態，就不能得出輪子工作時的摩擦力值。滾動摩擦受影響因素很多，比如，承載的壓力，輪胎形變大小，接觸面形變大小等。所以目前初級物理研究階段，滾動摩擦都是實驗測量而不是計算。

『貳』 應變片製作的攜帶型電子手提稱（要求測量范圍0~5.0kg,解析度高於10g）感測器課程設計

電 阻 應 變 式 稱 重 傳 感 器
2.1 電阻應變式稱重感測器等工作原理
2.2 稱重感測器常用技術參數
2.3 稱重感測器選用的一般規則
2.4 使用稱重感測器注意事項

2.1 電 阻 應 變 式 稱 重 傳 感 器 等 工 作 原 理
電阻應變式稱重感測器是基於這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形後，它的阻值將發生變化（增大或減小），再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。
由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重感測器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。

一、電阻應變片
電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料製成的基底上，即成為一片應變片。他的一個重要參數是靈敏系數K。我們來介紹一下它的意義。
設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形後，電阻率也會有所改變，記作Δρ。
對式（2--1）求全微分，即求出電阻絲伸長後，他的電阻值改變了多少。我們有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我們知道導線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
從材料力學我們知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2--7）
式（2--6））說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。
需要說明的是：靈敏度系數K值的大小是由製作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。
在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便
常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（2--6）常寫作：
ΔR/R = Kε (2—8)

二、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重感測器所受的外力，對外力產生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產生一個高品質的應變場（區），使粘貼在此區的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。
以托利多公司的SB系列稱重感測器的彈性體為例，來介紹一下其中的應力分布。
設有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。
肓孔底部中心是承受純剪應力，但其上、下部分將會出現拉伸和壓縮應力。主應力方向一為拉神，一為壓縮，若把應變片貼在這里，則應變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應變表達式，而不再推導。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--揚氏模量：μ—泊松系數；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說明的是，上面分析的應力狀態均是「局部」情況，而應變片實際感受的是「平均」狀態。

三、檢測電路
檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便的解決稱重感測器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重感測器中得到了廣泛的應用。
因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重感測器均採用全橋式等臂電橋。

2．2 稱 重 傳 感 器 常 用 技 術 參 數
一、用分項指標表示法 在介紹稱重感測器技術參數時，傳統的方法是採用分項指標，其優點是物理意義明確，沿用多年，熟悉的人較多。我們現在列出其主要項目如下：
*額定容量 生產廠家給出的稱量范圍的上限值。
*額定輸出（靈敏度） 加額定載荷時和無載荷時，感測器輸出信號的差值。由於稱重感測器的輸出信號與所加的激勵電壓有關，所以額定輸出的單位以mV/V來表示。並稱之為靈敏度。
*靈敏度允差 感測器的實際穩定輸出與對應的標稱額定輸出之差對該標稱額定輸出的百分比。例如，某稱重感測器的實際額定輸出為2.002mV/V，與之相適應的標准額定輸出則為2mV/V，則其靈敏度允差為：（（2．002 – 2。000）/2.000）*100% = 0.1%
*非線性 由空載荷的輸出值和額定載荷時輸出值所決定的直線和增加負荷之實測曲線之間最大偏差對於額定輸出值的百分比。
*滯後允差 從無載荷逐漸載入到額定載荷然後再逐漸卸載。在同一載荷點上載入和卸載輸出量的最大差值對額定輸出值的百分比。
*重復性誤差 在相同的環境條件下，對感測器反復加荷到額定載荷並卸載。加荷過程中同一負荷點上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。
*蠕變 在負荷不變（一般取為額定載荷），其它測試條件也保持不變的情形下，稱重感測器輸出隨時間的變化量對額定輸出的百分比。
*零點輸出 在推薦電壓激勵下，未載入荷時感測器的輸出值對額定輸出的百分比。
*絕緣阻抗 感測器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。
*輸入阻抗 信號輸出端開路，感測器未加負荷時，從電源激勵輸入端測得的阻抗值。
*輸出阻抗 電源激勵輸入端短路，感測器未載入荷時，從信號輸出端測得的阻抗。
*溫度補償范圍 在此溫度范圍內，感測器的額定輸出和零平衡均經過嚴密補償，從而不會超出規定的范圍。
*零點溫度影響 環境溫度的變化引起的零平衡變化。一般以溫度每變化10K時，引起的零平衡變化量對額定輸出的百分比來表示。
*額定輸出溫度影響 環境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定定輸出的變化量額定輸出的百分比來表示。
*使用溫度范圍 感測器在此溫度范圍內使用其任何性能參數均不會產生永久性有害變化

二、在《OIML60號國際建議》中採用的術語。 以《OIML60號國際建議》92年版為基礎，參考《JJG669--90稱重感測器檢定規程》新的技術參數大致有：
*稱重感測器輸出 被測量（質量）通過稱重感測器轉換而得到的可測量。
*稱重感測器分度值 稱重感測器的測量范圍被等分後其中一份的大小。
*稱重感測器檢定分度值（V） 為了准確度分級，在稱重感測器測試中採用的，以質量單位表達的稱重感測器分度值。
*稱重感測器最小檢定分度值（Vmin） 稱重感測器測量范圍可以被分度的最小檢定分度值勤。
*最小靜負荷（Fsmin） 可以施加於稱重感測器而不會超出最大允許誤差的質量的最小值。
*最大稱量 可以施加於稱重感測器而不會超出最大允許誤差的質量的最大值。
*非線性（L） 稱重感測器進程校準曲線與理論直線的偏差。
*滯後誤差（H）施加同一級負荷時稱重感測器輸出讀數之間的最大差值；其中一次是由最小靜負荷開始的進程讀數，另一次是由最大稱量開始的回程讀數。
*蠕變（Cp） 在負荷不變，所有環境條件和其它變數也保持不變的情況下，稱重感測器滿負荷輸出隨時間的變化。
*最小靜負荷輸出恢復植（CrFsmin）負荷施加前，後測得的稱重感測器最小靜負荷輸出之間的差值。
*重復性誤差（R） 在相同的負荷和相同的環境條件下，使連續數次進行實驗所得的稱重感測器輸出讀數之間的差值。
*溫度對最小靜負荷輸出的影響（Fsmin） 由於環境溫度變化而引起的最小靜負荷輸出之間的變化。
*溫度對輸出靈敏度的影響（St） 由於環境溫度變化而引起的輸出靈敏度的變化。
*稱重感測器測量范圍 被測量（質量）值范圍，測量結果在此范圍內不會超出最大允許誤差。
*安全極限負荷 可以施加於稱重感測器的最大負荷，此時稱重感測器在性能特徵上，不會產生超出規定值的永久性漂移。
*溫濕度對最小靜負荷輸出影響（FsminH） 由於溫濕度變化而引起的最小靜負荷輸出的變化。
*溫濕度對輸出靈敏度的影響 由於溫濕度變化而引起的輸出靈敏度的變化。
此外，在《JJG699—90稱重感測器檢定規程》中，還列出了一個技術參數，即
*最小負荷（Fmin） 力發生裝置能達到的最接近稱重感測器最小靜負荷的質量值。
正是因為感測器測量時，總要在測力機上進行，而又很難直接測量最小靜負荷點性能。再要說明一點，《OIML60號國際建議》是專門為稱重感測器而制定的，它對稱重感測器的評定的出發點就是要適應衡器的要求。當感測器用於其它目的時，這種評估方式不一定最合適。

2 . 3 稱 重 傳 感 器 選 用 的 一 般 規 則
在電子衡器中，選用何種稱重感測器，要全面衡量。下面就稱重感測器的結構形式、量程，准確度等級的選擇上講述一般要考慮的幾個方面。
一、結構、形式的選擇
選用何種結構形式的稱重感測器，主要看衡器的結構和使用的環境條件。如要製作低外形衡器，一般應選用懸臂梁式和輪幅式感測器，若對外形高度要求不嚴，則可採用柱式感測器。此外，衡器使用的環境若很潮濕，有很多粉塵，則應選擇密封形式較好的；若在有爆炸危險的場合，則應選用本質安全型感測器；若在高架稱重系統中，則應考慮安全及過載保護；若在高溫環境下使用，則應選用有水冷卻護套的稱重感測器；若在高寒地區使用，則應考慮採用有加溫裝置的感測器。 在形式選擇中，有一個要考慮的因素是，維修的方便與否及其所需費用，即一旦稱重系統出了毛病，能否很順利、很迅速的獲得維修器件。若不能做到就說明形式選擇不夠合適。

二、量程的選擇
稱重系統的稱量值越接近感測器的額定容量，則其稱量准確度就越高，但在實際使用時，由於存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等，因而不同稱量系統選用感測器的量限的原則有很大差別。作為一般規則，可有：
*單感測器靜態稱重系統：固定負荷（秤台、容器等）+ 變動負荷（需稱量的載荷）≤所選用感測器的額定載荷 X 70%
*多感測器靜態稱重系統：固定負荷（秤台、容器等）+ 變動負荷（需稱量的載荷）≤選用感測器額定載荷 X 所配感測器個數 X 70%
其中70%的系數即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。
需要說明的是：首先，選擇感測器得額定容量要盡量符合生產廠家的標准產品系列中的值，否則，選用了非標准產品，不但價格貴，而且損壞後難以代換。其次，在同一稱重系統中，不允許選用額定容量不同的感測器，否則，該系統沒法正常工作。再者，所謂變動負荷（需稱量的載荷）是指加於感測器的真實載荷，若從秤台到感測器之間的力值傳遞過程中，有倍乘和衰減的機構（如杠桿系統），則應考慮其影響。

三、准確度的選擇
稱重感測器的准確度等級的選擇，要能夠滿足稱重系統准確度級別的要求，只要能滿足這項要求即可。即若2500分度的感測器能滿足要求，切勿選用3000分度的。 若在一稱重系統中使用了幾只相同形式，相同額定容量的感測器並聯工作時，其綜合誤差為Δ，則有:
Δ=Δ/ n1/2 (2—12)
其中：Δ：單個感測器的綜合誤差； n：感測器的個數。 另外，電子稱重系統一般由三大部分組成，他們是稱重感測器，稱重顯示器和機械結構件。當系統的允差為1時，作為非自動衡器主要構成部分之一的稱重感測器的綜合誤差（Δ）一般只能達到0.7的比例成分。根據這一點和式（2--12），自不難對所需的感測器准確度作出選擇。
四、某些特殊要求應如何達到
在某些稱重系統中，可能有一些特殊的要求，例如軌道衡中希望稱重感測器的彈性變形量要小一些，從而可以使秤台在稱量時的下沉量小些，使得貨車在駛入和駛出秤台時，減小沖擊和振動。另外，在構成動態稱重系統時，不免要考慮所用稱重感測器的自振頻率，是否能滿足動態測量的要求。這些參數，在一般的產品介紹中是不予列出的。因此當要了解這些技術參數時，應向製造商咨詢，以免失誤。

『叄』 壓力表的結構和工作原理

壓力表的結構；彈簧管式壓力表主要由帶有螺紋接頭的支持器、彈簧管、拉桿、調節螺釘、扇形齒輪、小齒輪、游絲、指針、上下夾板、表盤、表殼、罩殼等組成。拉桿的作用是將彈簧管自由端的位移傳給扇形齒輪，扇形齒輪的作用是將線位移轉換成角位移，並傳給小齒輪。

小齒輪的作用是帶動同軸的指針轉動，在刻度盤上指示出被測壓力值，游絲的作用是使扇形齒輪和小齒輪保持單向齒廓接觸，消除兩齒輪接觸間隙，以減小來回差，調整螺釘即改變調整螺釘的位置，用以改變扇形齒輪短臂的長度，達到改變傳動比的目的。

壓力表的工作原理；彈簧管壓力表又稱為波登管壓力表，壓力表中的彈簧的自由端是封閉的，它通過拉桿帶動扇形齒輪轉動。測壓時，彈簧管在被測壓力作用下產生變形，因而彈簧管自由端產生位移，位移量與被測壓力的大小成正比。

使指針偏轉，在度盤上指示出壓力值，如果表殼內通有大氣，壓力表測出的壓力為正壓或負壓;如果將表殼密封並抽真空，壓力表測出的壓力就是絕對壓力。彈簧管壓力表帶有隔離裝置時，尚可測量溫度較高或腐蝕性、粘稠狀、易結晶和粉塵狀介質的壓力。

在精確度較高（如0.25級以上）的彈性式壓力測量儀表中，彈性元件多用恆彈性合金以至石英玻璃製成，傳動機構的軸孔中鑲嵌寶石軸承或滾動軸承，度盤標尺長，有的還能進行數字顯示。

(3)力值發生裝置設計擴展閱讀；

壓力表種類很多，它不僅有一般（普通）指針指示型，還有數字型，不僅有常規型，還有特種型，不僅有接點型，還有遠傳型，不僅有耐振型，還有抗震型，不僅有隔膜型，還有耐腐型等。

按壓力表測量精確度分類，可分為精密壓力表，一般壓力表。精密壓力表的測量精確度等級分別為0.1，0.16，0.25，0.4級，一般壓力表的測量精確度等級分別為1.0，1.6，2.5，4.0級。

按壓力表指示壓力的基準分類，壓力表按其指示壓力的基準不同，分為一般壓力表、絕對壓力表、差壓表。一般壓力表以大氣壓力為基準，絕壓表以絕對壓力零位為基準，差壓表測量兩個被測壓力之差。

按壓力表測量范圍分類，分為真空表、壓力真空表、微壓表、低壓表、中壓表及高壓表。真空表用於測量小於大氣壓力的壓力值；壓力真空表用於測量小於和大於大氣壓力的壓力值；微壓表用於測量小於60000Pa的壓力值。

低壓表用於測量0~6MPa壓力值；中壓表用於測量10~60MPa壓力值；高壓表用於測量100MPa以上壓力值。按壓力表顯示方式分類，壓力表按其顯示方式分為指針壓力表和數字壓力表。電接點壓力表，帶有電接點控制開關的壓力表，可以實現發訊報警或控制功能。

『肆』 最大工作壓力、安全裝置泄壓壓力、設計壓力、計算壓力,這四個壓力如何取值才

取值辦法如下：
壓力容器的壓力可以來自兩個方面，一是壓力是容器外產生（增大）的，二是壓力是容器內產生（增大）的。
工作壓力就是實際操作中的實時壓力。
最高工作壓力，多指在正常操作情況下，容器頂部可能出現的最高壓力。
設計壓力，系是指在相應設計溫度下用以確定容器殼體厚度的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設計壓力，壓力容器的設計壓力值不得低於最高工作壓力；當容器各部位或受壓元件所承受的液柱靜壓力達到5%設計壓力時，則應取設計壓力和液柱靜壓力之和進行該部位或元件的設計計算；裝有安全閥的壓力容器，其設計壓力不得低於安全閥的開啟壓力或爆破壓力。容器的設計壓力確定應按GB 150的相應規定。