安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用

會(huì)計(jì)學(xué)1安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）聲音是在某種彈性介質(zhì)中的一種振動(dòng)過(guò)程。2）產(chǎn)生振動(dòng)的振源頻率在20～20000Hz(赫茲)之間時(shí)，人可以聽(tīng)到它，稱為聲波。3）低于20Hz的波動(dòng)稱為次聲波4）高于20000Hz的波動(dòng)稱為超聲波。5）聲音是聲波以縱波形式在介質(zhì)中的傳播。第1頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）影響睡眠和休息。長(zhǎng)期下去，就會(huì)引起失眠、耳鳴、多夢(mèng)、疲勞無(wú)力、記憶力衰退等。

2）損害人的聽(tīng)力。噪聲可以造成人體暫時(shí)性和持久性聽(tīng)力損傷。一般來(lái)說(shuō)，85分貝以下的噪聲不至于危害聽(tīng)覺(jué)，而超過(guò)100分貝時(shí)，將有近一半的人耳聾。

3）引起人體其他疾病。一些實(shí)驗(yàn)表明噪聲對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)都有一定影響、長(zhǎng)期的噪聲污染可引起頭痛、驚慌、神經(jīng)過(guò)敏等，甚至引起神經(jīng)官能癥。噪聲也能導(dǎo)致心跳加速、血管痙攣、高血壓、冠心病等。

4）干擾人的正常工作和學(xué)習(xí)。當(dāng)噪聲高于90分貝時(shí)，交談和思維幾乎不能進(jìn)行，它將嚴(yán)重影響人們的工作和學(xué)習(xí)。第2頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）噪聲的度量參數(shù)①聲壓和聲壓級(jí)聲壓是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與靜壓力之差值，單位為N/m，即帕(Pa)。2

在空氣中，正常人剛能聽(tīng)到的1000Hz聲音的聲壓為2×10Pa，稱為聽(tīng)閾聲壓，并規(guī)定為基準(zhǔn)參考聲壓，記為P0。當(dāng)聲壓為20Pa時(shí)，能使人耳開(kāi)始產(chǎn)生疼痛，稱之為痛閾聲壓。-5聲壓級(jí)表示聲壓與準(zhǔn)參考聲壓P0的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)P，即第3頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）噪聲的度量參數(shù)②聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)是在傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能量，記為I，單位為W/m。2聲強(qiáng)級(jí)表示聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)I0（取I0=10W/m2）的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)I，即-12第4頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）噪聲的度量參數(shù)③聲功率與聲功率級(jí)聲功率是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，用W表示，單位為瓦(W)。通用語(yǔ)言與若干樂(lè)器輸出聲功率值的近似值聲源峰值功率男生會(huì)話2×10-3女生會(huì)話4×10-3單簧管5×10-2低音提琴16×10-2鋼琴27×10-2管樂(lè)器31×10-237in×36in的低音鼓25.075件樂(lè)器的交響樂(lè)70～100聲功率級(jí)表示聲功率W與參考基準(zhǔn)聲功率W0（W0=10

W）的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)W，即-12第5頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)1）噪聲的度量參數(shù)④多聲源的噪聲級(jí)合成N個(gè)噪聲級(jí)相同的聲源，在離聲源距離相同的一點(diǎn)所產(chǎn)生的總聲壓級(jí)為

當(dāng)兩個(gè)不同噪聲極L1和L2同時(shí)作用，且L1>L2時(shí)，則從噪聲極L1到總噪聲級(jí)L的附加值△L可由下式第6頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

①噪聲的頻譜分析

做頻譜分析時(shí)要把噪聲劃分成一定寬度的頻帶。各頻帶噪聲的聲壓級(jí)稱為頻帶聲壓級(jí)。在噪聲研究中，常采用倍頻程分析。兩個(gè)頻率相差一個(gè)倍頻程意味著其頻率之比為2，相差2個(gè)倍頻程即為

。相差n個(gè)倍頻程時(shí)，兩個(gè)頻率之間有關(guān)系式：常用的還有1/3倍頻程，即在兩個(gè)相距為1倍頻程的頻率之間插入兩個(gè)頻率，其4個(gè)頻率成如下比例：1:2:2:2。1/32/3第7頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

①噪聲的頻譜分析

按倍頻程均勻劃分的頻帶，其中心頻率fn分別為各頻帶上下限頻率之比例中項(xiàng)，即

第8頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

②噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)聲音總效果聲壓聲頻率聲音持續(xù)時(shí)間人的主觀情況第9頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

②噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)引入一個(gè)綜合的聲音強(qiáng)度的量度——響度、響度級(jí)

為使在任何頻率條件下主客觀量都能統(tǒng)一，就需要在各種頻率條件下對(duì)人的聽(tīng)力進(jìn)行試驗(yàn)，即選取1000Hz純音作為基準(zhǔn)音，其噪音聽(tīng)起來(lái)與基準(zhǔn)純音一樣響，則噪聲的響度級(jí)就等于這個(gè)純音的聲壓級(jí)(分貝數(shù))，試驗(yàn)得出的曲線稱為等響曲線。第10頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

②噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)

響度單位宋：頻率1000Hz，聲壓比閥值聲壓大40dB的聲音響度為1宋，在此基礎(chǔ)上，聲壓級(jí)每增加10分貝，響度增加1倍。

響度單位方：等響曲線上，頻率1000Hz的純音的聲壓級(jí)。第11頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

②噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)a.純音響度、響度級(jí)計(jì)算b.噪聲總響度的計(jì)算

先測(cè)出噪聲的頻帶聲壓級(jí)，然后從響度指數(shù)曲線查出各頻帶的響度指數(shù)，再按下式計(jì)算總響度：式中

總響度，宋；

頻帶中最大的響度指數(shù)；∑

所有頻帶的響度指數(shù)之和；

常數(shù)，對(duì)倍頻帶、1/2倍頻帶和1/3倍頻帶分別為0.3、0.2和0.15。第12頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

②噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)b.噪聲總響度的計(jì)算

從等響度曲線出發(fā)，在測(cè)量?jī)x器上通過(guò)采用某些濾波器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)不同頻率的聲音信號(hào)實(shí)行不同程度的衰減，使得儀器的讀數(shù)能近似地表達(dá)人對(duì)聲音的響應(yīng)，這種網(wǎng)絡(luò)稱為頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿倍頻程等響曲線中的40方曲線而設(shè)計(jì)，它較好地模仿了人耳對(duì)低頻段(500Hz以下)不敏感，而對(duì)于1000～5000Hz聲敏感的特點(diǎn)。B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿70方等響曲線，對(duì)低頻有衰減。C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿100方等響曲線，在整個(gè)可聽(tīng)頻率范圍內(nèi)近于平直，因此C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)表示總聲壓級(jí)。第13頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

③等效連續(xù)聲級(jí)與噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間反映聲音、頻率、時(shí)間綜合作用效果的噪聲量度叫做等效連續(xù)聲級(jí)。式中I(t)—瞬時(shí)聲強(qiáng)；

—基準(zhǔn)聲強(qiáng)；

T—某段統(tǒng)計(jì)時(shí)間總和，T=T1+T2+…+Tn；

L—某一間斷時(shí)間內(nèi)的A聲級(jí)。第14頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)2）噪聲的分析與評(píng)價(jià)

③等效連續(xù)聲級(jí)與噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)1971年提出利用噪聲評(píng)價(jià)曲線確定噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)，左圖為

噪聲評(píng)價(jià)曲線。第15頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

噪聲的測(cè)量主要是聲壓級(jí)、聲功率級(jí)及其噪聲頻譜的測(cè)量。一套聲壓級(jí)測(cè)量?jī)x器包括傳聲器、聲級(jí)計(jì)、頻率分析儀、校準(zhǔn)器等。可以利用聲級(jí)計(jì)和濾波器進(jìn)行簡(jiǎn)易的噪聲頻率分析，還可以將聲級(jí)計(jì)的輸出接信號(hào)分析儀進(jìn)行精密的頻率分析。第16頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

①傳聲器傳聲器是將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的傳感器。其原理是用變換器把由聲壓引起的振動(dòng)膜振動(dòng)變成電參數(shù)的變化。根據(jù)變換器的形式不同，常用傳聲器有電容式、動(dòng)圈式、壓電式和永電體式等第17頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

①傳聲器

振膜是一張拉緊的金屬薄膜，厚度在0.0025～0.05mm之間，它在聲壓的作用下發(fā)生變形，起著可變電容器動(dòng)片的作用，可變電容器的定片是背級(jí)。殼體上開(kāi)有毛細(xì)孔，用來(lái)平衡振膜兩側(cè)的靜壓力，以防止振膜的破裂，而動(dòng)態(tài)的應(yīng)力變化(聲壓)很難通過(guò)毛細(xì)孔作用于內(nèi)腔，從而保證僅有振膜的外測(cè)受到聲壓的作用。

精密測(cè)量中最常用的一種傳聲器，其穩(wěn)定性、可靠性、耐震性，以及頻率特性均較好。其幅頻特性平直部分的頻率范圍約為10Hz～20kHz。a.電容式傳聲器第18頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

①傳聲器b.動(dòng)圈式傳聲器

動(dòng)圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)如圖，一個(gè)輕質(zhì)振膜的中部有一個(gè)線圈，線圈放在永久磁場(chǎng)的氣隙中，在聲壓的作用下，振膜和線圈移動(dòng)并切割磁力線，產(chǎn)生與線圈移動(dòng)速度成正比的感應(yīng)電勢(shì)。

精度、靈敏度較低，體積大。其突出特點(diǎn)是輸出阻抗小，所以接較長(zhǎng)的電纜也不降低其靈敏度。溫度和濕度的變化對(duì)其靈敏度也無(wú)大的影響。第19頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

①傳聲器c.壓電式傳聲器

金屬膜片與雙壓電晶體彎曲梁相連，膜片受到聲壓作用而變形時(shí)，雙壓電元件也產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面產(chǎn)生電荷。通過(guò)變換電路可以輸出電信號(hào)。

膜片較厚，其固有頻率較底，靈敏度較高，頻響曲線平坦，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，廣泛用于普通聲級(jí)計(jì)中。第20頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量?jī)x器

②聲級(jí)計(jì)聲級(jí)計(jì)是用一定頻率和時(shí)間計(jì)權(quán)來(lái)測(cè)量聲壓級(jí)的儀器。。

聲級(jí)計(jì)的種類很多，如調(diào)查用的聲級(jí)計(jì)(三級(jí))只有A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)；普通聲級(jí)計(jì)(二級(jí))具有A，B，C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)；精密聲級(jí)計(jì)(一級(jí))除了具有A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)外，還有外接濾波器插口，可進(jìn)行倍頻程或1/3倍頻程濾波分析。第21頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

①噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題a.測(cè)量部位的選取傳聲器與被測(cè)機(jī)械噪聲源的相對(duì)位置對(duì)測(cè)量結(jié)果有顯著影響，因而，在進(jìn)行數(shù)據(jù)比較時(shí)，必須標(biāo)明傳聲器離開(kāi)噪聲源的距離。根據(jù)我國(guó)噪聲測(cè)量規(guī)范：一般測(cè)點(diǎn)選在距機(jī)械表面1.5m，并離地面1.5m的位置；若機(jī)械本身尺寸很小(如小于0.25m)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)距所測(cè)機(jī)械表面較近，如0.5m，但應(yīng)注意測(cè)點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)周?chē)瓷涿嫦嗑嘣?～3m以上；機(jī)械噪聲大，測(cè)點(diǎn)宜取在相距5～10m處；對(duì)于行駛的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在距車(chē)體7.5m，并高出地面1.2m處；第22頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

①噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題a.測(cè)量部位的選取相鄰很近的兩個(gè)噪聲源，測(cè)點(diǎn)宜距噪聲源很近，如0.2m或0.1m；如果研究噪聲對(duì)操作人員的影響，可把測(cè)點(diǎn)選在工作人員經(jīng)常所在的位置，以人耳的高度為準(zhǔn)選擇若干個(gè)測(cè)點(diǎn)；做為一般噪聲源，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在所測(cè)機(jī)械規(guī)定表面的四周均布，且不少于4點(diǎn)；如相鄰測(cè)點(diǎn)測(cè)出聲級(jí)相差5dB以上，應(yīng)在其間增加測(cè)點(diǎn)，機(jī)械的噪聲級(jí)應(yīng)取各測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值；如果機(jī)械噪聲不是均勻地向各個(gè)方向輻射，除了找出A聲級(jí)最大的一點(diǎn)作為評(píng)價(jià)該機(jī)器噪聲的主要依據(jù)外，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)測(cè)出若干點(diǎn)(一般多于五點(diǎn))作為評(píng)價(jià)的參考。第23頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

①噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題b.測(cè)量時(shí)間的選取測(cè)量各種動(dòng)態(tài)設(shè)備的噪聲，當(dāng)測(cè)量最大值時(shí)，應(yīng)取起動(dòng)時(shí)或工作條件變動(dòng)時(shí)的噪聲，當(dāng)測(cè)量平均正常噪聲時(shí)，應(yīng)取平穩(wěn)工作時(shí)的噪聲，當(dāng)周?chē)h(huán)境的噪聲很大時(shí)，應(yīng)選擇環(huán)境噪聲最小時(shí)(比如深夜)測(cè)量。第24頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

①噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題c.本底噪聲的修正本底噪聲，是指被測(cè)定的噪聲源停止發(fā)聲時(shí)，其周?chē)h(huán)境的噪聲。測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免本底噪聲對(duì)測(cè)量的影響。

對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行噪聲測(cè)量，所測(cè)得的總噪聲級(jí)是被測(cè)對(duì)象噪聲和本底噪聲的合成。在存在本底噪聲的環(huán)境里，被測(cè)對(duì)象的噪聲無(wú)法直接測(cè)出，可由測(cè)到的合成噪聲內(nèi)減去本底噪聲得到。本底噪聲應(yīng)低于所測(cè)機(jī)器噪聲10分貝以上，否則應(yīng)在所測(cè)機(jī)器噪聲中扣除環(huán)境噪聲修正值△L。第25頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

①噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題d.干擾的排除電壓不穩(wěn)、氣流、反射和傳聲器方向會(huì)影響的噪聲測(cè)量的結(jié)果。電源電壓如達(dá)不到規(guī)定范圍，或者工作不穩(wěn)定，將直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；進(jìn)行噪聲測(cè)量時(shí)，要避免氣流的影響，若在室外測(cè)量，最好選擇無(wú)風(fēng)天氣，風(fēng)速超過(guò)四級(jí)以上時(shí)，可在傳聲器上戴上防風(fēng)罩或包上一層綢布，在管道里測(cè)量時(shí)，在氣流大的部位，如管壁口，也應(yīng)如此，在空氣動(dòng)力設(shè)備排氣口測(cè)量時(shí)，應(yīng)避開(kāi)風(fēng)口和氣流。測(cè)量時(shí)，還應(yīng)注意反射所造成的影響，應(yīng)盡可能地減少或排除噪聲源周?chē)恼系K物，在不能排除時(shí)要注意選擇點(diǎn)的位置。用聲級(jí)計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若其傳聲器取向不同，測(cè)量結(jié)果也有一定的誤差，因而，各測(cè)點(diǎn)都要保持同樣的入射方向。第26頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

②聲功率的測(cè)量和計(jì)算

在一定的條件下，機(jī)器輻射的聲功率是一個(gè)恒定的量，它能夠客觀地表征機(jī)器噪聲源的特性。但聲功率不是直接測(cè)出的，而是在特定的條件下由所測(cè)得聲壓級(jí)計(jì)算出來(lái)的，第27頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

②聲功率的測(cè)量和計(jì)算a.自由場(chǎng)法

把機(jī)器放在室外空曠無(wú)噪聲干擾的地方或在消聲室內(nèi)，即自由聲場(chǎng)中。測(cè)量以機(jī)械為中心的半球面上或半圓柱面上（長(zhǎng)機(jī)械）若干均勻分布點(diǎn)的聲壓級(jí)，便可以求得聲功率級(jí)：Lw=Lp+10lgS

式中:S—測(cè)試球面或半圓柱面的面積（米2）；

Lp—n個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均聲壓級(jí)，第28頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

②聲功率的測(cè)量和計(jì)算b.參考聲源法

自由場(chǎng)法要求的條件很難得到滿足。這時(shí)，可采用一個(gè)已知聲功率級(jí)Lp的參考聲源與被測(cè)的噪聲源相比較來(lái)測(cè)定機(jī)器的聲功率。在相同的條件下，噪聲源的聲功率級(jí)Lw可用下式表示：Lw=Lp+L+Lr式中:L—以機(jī)器為中心，半徑為r的半球面上測(cè)出該噪聲源的平均聲壓級(jí)；Lr—關(guān)掉噪聲源，參考聲源置于噪聲源的位置，在同樣測(cè)點(diǎn)上測(cè)得的平均聲壓級(jí)。第29頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.1噪聲及其檢測(cè)3）噪聲測(cè)量的應(yīng)用

③噪聲診斷的應(yīng)用

噪聲的測(cè)試與診斷在機(jī)械工程、航空航天、國(guó)防爆破、城市建設(shè)、房屋建筑、環(huán)境保護(hù)等方面都有很大的應(yīng)用價(jià)值，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越占有更重要的地位。第30頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

第31頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

振動(dòng)三要素：振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)表示。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示，即振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：式中：y-振動(dòng)位移；t-時(shí)間；f-振動(dòng)頻率；A-位移的最大值，稱為振幅；

T-振動(dòng)周期，為振動(dòng)頻率f的倒數(shù)；w-振動(dòng)角頻率；j-初始相位角。第32頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

①質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)在外力f(t)的作用下，質(zhì)量塊m的運(yùn)動(dòng)方程為：

式中：c為粘性阻尼系數(shù)，k為彈簧剛度，位移y(t)為振動(dòng)系統(tǒng)的輸出。第33頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

①質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)二階系統(tǒng)，其系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)H(w)和幅頻特性函數(shù)、相頻特性函數(shù)j(w)分別為：式中：w基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的圓頻率；z振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)：wn振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率：

第34頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

②基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)單自由度系統(tǒng)在基礎(chǔ)受力作用下所產(chǎn)生的受迫振動(dòng)質(zhì)量塊m的運(yùn)動(dòng)方程為:y1(t)為基礎(chǔ)的絕對(duì)位移；y0(t)質(zhì)量塊m的絕對(duì)位移。令y01(t)=y0(t)-y1(t)，則有：第35頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

②基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)和幅頻特性函數(shù)A(ω)、相頻特性函數(shù)ψ(ω)分別為：第36頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)1）振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

②基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)

當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)于基礎(chǔ)的振動(dòng)幅值為零，兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)極小；當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)高于固有頻率時(shí)，A(ω)接近于1，輸出和輸入近于相等，說(shuō)明質(zhì)量塊在慣性坐標(biāo)中幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)；對(duì)于單自由度系統(tǒng)，可以用一元二次微分方程進(jìn)行描述。第37頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

在測(cè)量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、響應(yīng)和模態(tài)等時(shí)，需要對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一定的外力，讓其作受迫振動(dòng)或自由振動(dòng)，以便獲得相應(yīng)的激勵(lì)及其響應(yīng)。激勵(lì)方式通?？梢苑譃榉€(wěn)態(tài)正弦激振、瞬態(tài)激振和隨機(jī)激振三種。第38頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

①穩(wěn)態(tài)正弦激振

穩(wěn)態(tài)正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激振設(shè)備對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)頻率可控的簡(jiǎn)諧激振力。其優(yōu)點(diǎn)是激振功率大，信噪比高，能保證響應(yīng)測(cè)試的精度。穩(wěn)態(tài)正弦激振要求在穩(wěn)態(tài)下測(cè)定響應(yīng)和激振力的幅值比和相位差。

為了測(cè)得整個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)，必須用多個(gè)頻率進(jìn)行試驗(yàn)以得到系統(tǒng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，需要注意的是在每個(gè)測(cè)試頻率處，只有當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)才能進(jìn)行測(cè)試，這對(duì)于小阻尼系統(tǒng)尤為重要。因此測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。第39頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

②瞬態(tài)激振

瞬態(tài)激振為對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)瞬態(tài)變化的力，是一種寬帶激勵(lì)方法。常用的激勵(lì)方式有以下幾種：a.快速正弦掃描激振b.脈沖激振c.階躍（張弛）激振快速正弦掃描信號(hào)及其頻譜第40頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

③激振器常用的激振器有電動(dòng)式、電磁式和電液式三種。第41頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

③激振器a.電動(dòng)式電動(dòng)式激振器

電動(dòng)激振器主要用于對(duì)被激對(duì)象作絕對(duì)激振，因而在激振時(shí)最好讓激振器殼體在空間保持基本靜止，使激振器的能量盡量用于對(duì)被激對(duì)象的激勵(lì)上。1—激振器

2—試件

3—彈簧

4—柔性桿第42頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)2）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

③激振器b.電磁式

電磁式激振器直接利用電磁力作激振力，常用于非接觸激振場(chǎng)合。勵(lì)磁線圈3包括一組直流線圈和一組交流線圈，當(dāng)電流通過(guò)勵(lì)磁線圈便產(chǎn)生相應(yīng)的磁通，從而在鐵芯2和銜鐵4之間產(chǎn)生電磁力，實(shí)現(xiàn)兩者之間無(wú)接觸的相對(duì)激振。用力檢測(cè)線圈5檢測(cè)激振力，位移傳感器6測(cè)量激振器與銜鐵之間的相對(duì)位移。第43頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)的激勵(lì)與激振器

③激振器c.電液式1—頂桿

2—電液伺服閥

3—活塞

電液式激振器的優(yōu)點(diǎn)是激振力大，行程亦大，單位力的體積小。但由于油液的可壓縮性和調(diào)整流動(dòng)壓力油的摩擦，使電液式激振器的高頻特性變差，一般只適用于較低的頻率范圍，通常為零點(diǎn)幾Hz到數(shù)百Hz，其波形也比電動(dòng)式激振器差。此外，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求也高，并需一套液壓系統(tǒng)，成本較高。第44頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器

機(jī)械振動(dòng)測(cè)試方法一般有機(jī)械方法、光學(xué)方法和電測(cè)方法。機(jī)械方法常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精度不高的場(chǎng)合。光學(xué)方法主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。電測(cè)法應(yīng)用范圍最廣。拾取振動(dòng)信息的裝置通常稱拾振器，傳感器是其核心組成部分。表達(dá)振動(dòng)信號(hào)特性的基本參數(shù)是位移、速度、加速度、頻率和相位。第45頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器a.測(cè)振傳感器的合理選擇被測(cè)量是位移、速度或加速度

低頻時(shí)直接用位移傳感器；高頻用加速度傳感器；考察慣性力可能導(dǎo)致的破壞或故障時(shí)，宜作加速度測(cè)量；考察振動(dòng)環(huán)境時(shí)，宜作振動(dòng)速度的測(cè)量；要監(jiān)測(cè)機(jī)件的位置變化時(shí)，宜作位移的測(cè)量。第46頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器a.測(cè)振傳感器的合理選擇傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度

根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)頻率范圍來(lái)選用；一般質(zhì)量大的拾振器上限頻率低、靈敏度高；質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。第47頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器a.測(cè)振傳感器的合理選擇使用的環(huán)境要求、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn)

等例如激光測(cè)振盡管有很高的分辨力和測(cè)量精確度，由于對(duì)環(huán)境（隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴，它只適用于實(shí)驗(yàn)室作精密測(cè)量或校準(zhǔn)。電渦流和電容傳感器均屬非接觸式，但前者對(duì)環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量中。第48頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器b.慣性式傳感器慣性式拾振動(dòng)器的力學(xué)模型

當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)于基礎(chǔ)的振動(dòng)幅值為零，兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)極??；當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)高于固有頻率時(shí)，A(ω)接近于1，輸出和輸入近于相等，說(shuō)明質(zhì)量塊在慣性坐標(biāo)中幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。第49頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器c.電渦流式位移傳感器電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測(cè)振傳感器；渦流傳感器已成系列，測(cè)量范圍從±0.5mm至±10mm以上，靈敏閾約為測(cè)量范圍的0.1%。常用的外徑8mm的傳感器與工件的安裝間隙約1mm，在±0.5mm范圍內(nèi)有良好的線性，靈敏度為7.87mv/mm，頻響范圍為0～12000Hz。第50頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器c.電渦流式位移傳感器電渦流位移傳感器測(cè)量軸振動(dòng)的示意圖軸心軌跡和兩個(gè)傳感器的時(shí)域波形圖第51頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器d.磁電式速度傳感器1—彈簧

2—?dú)んw

3—阻尼環(huán)

4—磁鋼

5—線圈

6—芯軸磁電式絕對(duì)速度計(jì)絕對(duì)式速度計(jì)實(shí)際上是先由慣性系統(tǒng)將被測(cè)物體的振動(dòng)速度z1(t)轉(zhuǎn)換成質(zhì)塊—?dú)んw的相對(duì)速度z01(t)，而后用磁電變換原理，將z01(t)轉(zhuǎn)換成輸出電壓的。第52頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器d.磁電式速度傳感器1—頂桿

2—彈簧片

3—磁鋼

4—線圈

5—引出線

6—?dú)んw磁電式相對(duì)速度傳感器第53頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器d.磁電式速度傳感器

絕對(duì)式速度計(jì)固有頻率一般取為10～15Hz。上限測(cè)量頻率決定于傳感器的慣性部分質(zhì)量，一般在1kHz以下。磁電式振動(dòng)速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電源，輸出信號(hào)可以不經(jīng)調(diào)理放大即可遠(yuǎn)距離傳送，這在實(shí)際長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中是十分方便的。另一方面，由于磁電式振動(dòng)速度傳感器中存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，它與被測(cè)系統(tǒng)同頻率振動(dòng)，不僅限制了傳感器的測(cè)量上限，而且其疲勞極限造成傳感器的壽命比較短。在長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量中必須考慮傳感器的壽命，要求傳感器的壽命大于被測(cè)對(duì)象的檢修周期。第54頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器d.壓電式加速度傳感器(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角剪切型慣性式傳感器壓電式加速度計(jì)的幅頻特性曲線S是彈簧，M是質(zhì)塊，B是基座，P是壓電元件，R是夾持環(huán)第55頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

①常用測(cè)振傳感器d.壓電式加速度傳感器加速度計(jì)的固定方法第56頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

②測(cè)振裝置的校準(zhǔn)第57頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

②測(cè)振裝置的校準(zhǔn)接觸式傳感器，常用的校準(zhǔn)方法有絕對(duì)法和相對(duì)法。

絕對(duì)法將拾振器固定在校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，由正弦信號(hào)發(fā)生器經(jīng)功率放大器推動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，用激光干涉振動(dòng)儀直接測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的振幅，再和被校準(zhǔn)拾振器的輸出比較，以確定被校準(zhǔn)拾振器的靈敏度，這便是用激光干涉儀的絕對(duì)校準(zhǔn)法。此方法可以同時(shí)測(cè)量拾振器的頻率響應(yīng)。采用激光干涉儀的絕對(duì)校準(zhǔn)法設(shè)備復(fù)雜，操作和環(huán)境要求高，只適合計(jì)量單位和測(cè)振儀器制造廠使用。

振動(dòng)儀器廠家常生產(chǎn)一種小型的、經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的已知振級(jí)的激振器。這種激振器只產(chǎn)生加速度為已知定值的幾種頻率的激振。這種裝置不能全面標(biāo)定頻率響應(yīng)曲線，但可以在現(xiàn)場(chǎng)方便地核查傳感器在這給定頻率點(diǎn)的靈敏度。第58頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

②測(cè)振裝置的校準(zhǔn)

相對(duì)法又稱為背靠背比較校準(zhǔn)法。將待校準(zhǔn)的傳感器和經(jīng)過(guò)國(guó)家計(jì)量等部門(mén)嚴(yán)格校準(zhǔn)過(guò)的傳感器背靠背地（或仔細(xì)地并排地）安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上承受相同的振動(dòng)。將兩個(gè)傳感器的輸出進(jìn)行比較，就可以計(jì)算出在該頻率點(diǎn)待校準(zhǔn)傳感器的靈敏度。這時(shí)，嚴(yán)格校準(zhǔn)過(guò)的傳感器起著“振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)傳遞”的作用。通常稱為參考傳感器。第59頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.2振動(dòng)檢測(cè)3）振動(dòng)測(cè)量與測(cè)振傳感器

②測(cè)振裝置的校準(zhǔn)渦流位移傳感器的校準(zhǔn)儀第60頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

力、扭矩、壓力？

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的力、扭矩和壓力的測(cè)量，可以分析其受力狀況和工作狀態(tài)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算，確定工作過(guò)程和某些物理現(xiàn)象的機(jī)理。對(duì)設(shè)備和結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、自動(dòng)控制及設(shè)計(jì)理論的發(fā)展等都有重要指導(dǎo)作用。第61頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

力的靜力效應(yīng)和動(dòng)力效應(yīng)利用靜力效應(yīng)測(cè)力：力的靜力效應(yīng)使物體產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)定物體的變形量或用與內(nèi)部應(yīng)力相對(duì)應(yīng)參量的物理效應(yīng)來(lái)確定力值。例如，可用差動(dòng)變壓器、激光干涉等方法測(cè)定彈性體變形達(dá)到測(cè)力的目的；也可利用與力有關(guān)的物理效應(yīng)，如壓電效應(yīng)、壓磁效應(yīng)等。利用動(dòng)力效應(yīng)測(cè)力：力的動(dòng)力效應(yīng)使物體產(chǎn)生加速度，測(cè)定了物體的質(zhì)量及所獲得的加速度大小就測(cè)定了力值。在重力場(chǎng)中地球的引力使物體產(chǎn)生重力加速度，因而可以用已知質(zhì)量的物體在重力場(chǎng)某處的重力來(lái)體現(xiàn)力值。第62頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

1）應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量

常用的力測(cè)量方法是用應(yīng)變片和應(yīng)變儀測(cè)量構(gòu)件的表面應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變和應(yīng)力、力之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的受力狀態(tài)?；貞洃?yīng)變片和電橋！電橋加減特性調(diào)平衡提高測(cè)量靈敏度溫度補(bǔ)償消除彎矩影響

第63頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

1）應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量

第64頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

1）應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量

第65頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

1）應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量

第66頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

測(cè)量力時(shí)可以在彈性元件上布片組橋，使力通過(guò)彈性元件傳到應(yīng)變片。常用的彈性元件有柱式、梁式、環(huán)式、輪輻等多種形式。①柱式彈性元件第67頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

①柱式彈性元件彈性范圍內(nèi)：式中：F—作用在彈性元件上的集中力；

E—材料彈性模量，碳鋼E=200~220GPa；

A—圓柱的橫截面積。對(duì)于實(shí)心圓柱彈性元件的直徑：對(duì)于空心圓柱彈性元件的外徑：第68頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

②梁式彈性元件通過(guò)梁的彎曲變形測(cè)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度較高。

等截面梁式彈性元件：當(dāng)力作用在自由端時(shí)，剛性端截面中產(chǎn)生的應(yīng)力最大，而自由端產(chǎn)生的撓度最大，在距受力點(diǎn)為l0的上下表面，沿l向貼電阻應(yīng)變片R1，R2和R3，R4。粘貼應(yīng)變片處的應(yīng)變?yōu)椋旱?9頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

②梁式彈性元件

等強(qiáng)度梁：梁厚為h，梁長(zhǎng)為l，固定端寬為b0，自由端寬為b。集中力F作用在頂點(diǎn)。梁內(nèi)各橫截面產(chǎn)生的應(yīng)力是相等的，表面上任意位置的應(yīng)變也相等，因此稱為等強(qiáng)度梁，其應(yīng)變?yōu)椋旱?0頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

②梁式彈性元件

雙端固定梁：雙端固定梁的二端都固定，中間加載荷F，梁寬為b，梁厚為h，梁長(zhǎng)為l，應(yīng)變片粘貼在中間位置，則梁的應(yīng)變?yōu)椋哼@種梁的結(jié)構(gòu)在相同力F的作用下產(chǎn)生的撓度比懸臂梁小。第71頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

2）電阻應(yīng)變式測(cè)力裝置

③環(huán)式彈性元件通過(guò)元件的彎曲變形測(cè)力。

在圓環(huán)上施加徑向力Fy時(shí)，圓環(huán)各處的應(yīng)變不同，其中與作用力成39.6°處(圖中B點(diǎn))應(yīng)變等于零。在水平中心線上則有最大的應(yīng)變：式中：R為圓環(huán)外徑，h為圓環(huán)壁厚，b為圓環(huán)寬度。將應(yīng)變片貼在1、2、3和4處，1、3處受拉應(yīng)力；2、4處受壓應(yīng)力。第72頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

3）其它測(cè)力傳感器

①電容式力傳感器

其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但是由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態(tài)力的測(cè)量第73頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

3）其它測(cè)力傳感器

②壓電式力傳感器其特點(diǎn)是體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測(cè)量。③壓磁式測(cè)力裝置

某些鐵磁材料受到外力作用時(shí)，引起導(dǎo)磁率變化現(xiàn)象，稱作壓磁效應(yīng)。其逆效應(yīng)稱作磁致伸縮效應(yīng)。硅鋼受壓縮時(shí)，其導(dǎo)磁率沿應(yīng)力方向下降，而沿應(yīng)力的垂向增加；在受拉伸時(shí)，導(dǎo)磁率變化正好相反。在硅鋼疊片上開(kāi)有4個(gè)對(duì)稱的通孔，孔中分別繞有互相垂直的兩個(gè)線圈，一個(gè)線圈為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為測(cè)量繞組。無(wú)外力作用時(shí)，磁力線不和測(cè)量繞組交鏈，測(cè)量繞組不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)受外力作用時(shí)，磁力線分布發(fā)生變化，部份磁力線和測(cè)量繞組交鏈，并在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，且作用力愈大，感應(yīng)電勢(shì)愈大。第74頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

3）其它測(cè)力傳感器

④差動(dòng)變壓器式測(cè)力傳感器

差動(dòng)變壓器式力傳感器的彈性元件是簿壁圓筒，在外力作用下，變形使差動(dòng)變壓器的鐵芯介質(zhì)微位移，變壓器次極產(chǎn)生相應(yīng)電信號(hào)。

其特點(diǎn)是工作溫度范圍較寬，為了減小橫向力或偏心力的影響，傳感器的高徑比應(yīng)較小。第75頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）扭矩的測(cè)量

①原理

扭矩由力和力臂的乘積來(lái)定義，單位是Nm。測(cè)量轉(zhuǎn)軸應(yīng)變和測(cè)量轉(zhuǎn)軸兩橫截面相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的方法來(lái)測(cè)量扭矩。

當(dāng)受扭矩作用時(shí)，軸表面有最大剪應(yīng)力τmax。在與軸線成45度的方向上有最大正應(yīng)力σ1和σ2，其值為｜σ1｜=｜σ2｜=τmax。相應(yīng)的變形為ε1和ε2，當(dāng)測(cè)得應(yīng)變后，便可算出τmax。軸的扭矩為：Wn——材料的抗扭模量，對(duì)于實(shí)心圓軸：

第76頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）扭矩的測(cè)量

①原理

第77頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）扭矩的測(cè)量

①扭矩測(cè)量信號(hào)的傳輸

集電裝置由兩部份組成：與應(yīng)變片相連，隨旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)的集流環(huán)（滑環(huán)）和與外部測(cè)量?jī)x器相連，壓靠在滑環(huán)上的電刷（拉線）。第78頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）扭矩的測(cè)量

①扭矩測(cè)量信號(hào)的傳輸對(duì)集電裝置一般要求(1)接觸電阻變化所產(chǎn)生的虛假應(yīng)變?chǔ)拧∮趹?yīng)變儀的讀數(shù)誤差，即ε’<5×10-6；(2)接觸電阻應(yīng)盡量小，否則會(huì)降低供橋電壓，減小電橋電流輸出。(3)滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間要絕緣良好，絕緣電阻應(yīng)大于20MΩ。(4)滑環(huán)與電刷摩擦溫升應(yīng)小，以防止集電裝置過(guò)快損壞。(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，安裝位置應(yīng)充份考慮到水、油、塵、溫等環(huán)境因素。第79頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）其它扭矩測(cè)量方法

①壓磁式扭矩傳感器

利用軸受扭時(shí)材料導(dǎo)磁率的變化測(cè)量扭矩。其特點(diǎn)是可以非接觸測(cè)量，使用方便，但要求旋轉(zhuǎn)過(guò)程不出現(xiàn)徑向跳動(dòng)，否則鐵芯與轉(zhuǎn)軸間隙改變，會(huì)造成測(cè)量誤差甚至破壞測(cè)量設(shè)備。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，磁力線和B-B線圈不交；轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)軸材料導(dǎo)磁率變化，沿正應(yīng)力方向磁阻減小，沿負(fù)應(yīng)力方向磁阻增大，使部分磁力線與B-B線圈交鏈，并在B-B線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)隨扭矩增大而增大，并在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。第80頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）其它扭矩測(cè)量方法

②磁電感應(yīng)式扭矩傳感器在轉(zhuǎn)軸上固定兩個(gè)齒輪1和2，它們的材質(zhì)、尺寸、齒形和齒數(shù)均相同。永久磁鐵和線圈組成的磁電式檢測(cè)頭3和4對(duì)著齒頂安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。轉(zhuǎn)軸承受扭矩后，相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的增加而加大，其大小與相對(duì)扭轉(zhuǎn)角、扭矩成正比。第81頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

4）其它扭矩測(cè)量方法

③磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

在轉(zhuǎn)軸4上固定兩只圓盤(pán)光柵3，在不承受扭矩時(shí)，兩光柵的明暗區(qū)正好互相遮擋，光源1的光線沒(méi)有透過(guò)光柵照射到光敏元件2，無(wú)輸出信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭矩后，轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)角，部份光線透過(guò)光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信號(hào)。扭矩愈大，扭轉(zhuǎn)角愈大，穿過(guò)光柵的光通量愈大，輸出信號(hào)愈大，從而可實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。第82頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

5）壓力的測(cè)量

物理學(xué)中將單位面積上所受流體作用力定義為流體的壓強(qiáng)，而工程上則習(xí)慣于稱其為壓力。壓力單位是Pa(帕)，1Pa=1N/m2。第83頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

5）壓力的測(cè)量①波登管波登管橫截面的縱橫直徑比愈大，靈敏度愈高；通常C型靈敏度低，可測(cè)幾百兆帕的壓力；螺線形、螺旋形靈敏度高，可測(cè)7MPa以下的壓力；扭轉(zhuǎn)形的自由端，可用來(lái)測(cè)20MPa以下壓力；波登管雖有較高測(cè)量精度，但因尺寸和質(zhì)量較大，固有頻率較低且有明顯滯后，故不宜作動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。第84頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

5）壓力的測(cè)量②膜片式壓力傳感器

一般膜片式壓力傳感器是作為腔體的密封元件。膜片中心在流體壓力作用下產(chǎn)生位移，可以用位移傳感器測(cè)量該位移，或在膜片表面粘貼應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變。周邊固定的圓形平膜片受流體壓力作用時(shí)，膜片兩側(cè)的壓力差為式中：E—材料的彈性模量(N/m2)；

μ—材料的泊桑比；

h—膜片厚度(m)；

R—膜片半徑(m)；

yc—膜片中心位移(m)。第85頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

5）壓力的測(cè)量③波紋管

波紋管是一種表面有許多同心環(huán)狀波紋的薄壁圓筒。開(kāi)口端焊接于固定基座上,并將流體通入管內(nèi)，在流體壓力作用下，密封的自由端會(huì)產(chǎn)生一定的位移。在彈性范圍內(nèi)，自由端的位移與作用壓力成線性關(guān)系第86頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3力、扭矩、壓力的測(cè)量

5）壓力的測(cè)量④壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器是利用壓電晶體（如石英、云母等）的壓電效應(yīng)而制成。壓電式壓力傳感器具有靈敏度高、線性好、剛度大、頻率范圍寬、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。。第87頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

了解溫度的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法；掌握熱電偶溫度計(jì)的基本定律和工作原理；掌握熱電阻溫度計(jì)的工作原理和基本特性；掌握工程測(cè)試中溫度計(jì)的正確使用。第88頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

1）測(cè)量方法

溫度的測(cè)量方法通常分為兩大類，即接觸式測(cè)溫法和非接觸式測(cè)溫法。

接觸式測(cè)溫是使被測(cè)物體與溫度計(jì)的感溫元件直接接觸，使其溫度相同，便可以得到被測(cè)物體的溫度。

非接觸式測(cè)溫是溫度計(jì)的感溫元件不直接與被測(cè)物體相接觸，而是利用物體的熱輻射原理或電磁原理得到被測(cè)物體的溫度。第89頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

1）測(cè)量方法

接觸式與非接觸式測(cè)溫方法比較

接觸式非接觸式必要條件感溫元件必須與被測(cè)物體相接觸；或感溫元件與被測(cè)物體雖然接觸，但后者的溫度不變。感溫元件能接收到物體的輻射能。特點(diǎn)不適宜熱容量小的物體溫度測(cè)量；不適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量；便于多點(diǎn)，集中測(cè)量和自動(dòng)控制。被測(cè)物體溫度不變；適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量；適宜表面溫度測(cè)量。測(cè)量范圍適宜1000℃以下的溫度測(cè)量。適宜高溫測(cè)量。測(cè)溫精度測(cè)量范圍的1%左右。一般在10℃左右。滯后較大。較小。第90頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3溫度的測(cè)量

2）熱電偶溫度計(jì)

由A、B兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地接在一起，組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)1、2兩接點(diǎn)的溫度不等（T>T0

）時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，從而形成電流，串接在回路中的電流表指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)，通常稱為熱電效應(yīng)。相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)，通常稱為熱電勢(shì)。

接點(diǎn)1稱為工作端或熱端(T)，測(cè)量時(shí)，將其置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中。接點(diǎn)2稱為自由端或冷端（T0），測(cè)量時(shí)，其溫度應(yīng)保持恒定。第91頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

2）熱電偶溫度計(jì)

①中間溫度定律

熱電偶的熱電勢(shì)只取決于構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)電極A、B的材料性質(zhì)以及A、B兩個(gè)接點(diǎn)的溫度值T、T0，而與溫度熱電極的分布以及熱電極的尺寸和形狀無(wú)關(guān)。

熱電偶的中間溫度定律是指當(dāng)熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)的溫度分別為T(mén)和T0時(shí)，所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于該熱電偶兩接點(diǎn)溫度為T(mén)、Tn和Tn、T0時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)之代數(shù)和，即:式中：Tn稱為中間溫度。第92頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

2）熱電偶溫度計(jì)

①中間溫度定律例如，用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度T0=30℃時(shí)，測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T0)=39.17mv，求實(shí)際爐溫。

由T0=30查分度表得E（30，0）=1.2mv，根據(jù)中間溫度定律得:E（T，0）=E（T，30）+E（30，0）=39.17+1.2=40.37(mv)則查表得爐溫T=946℃。第93頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

2）熱電偶溫度計(jì)

②中間導(dǎo)體定律

在熱電偶測(cè)溫回路中，通常要接入導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表。中間導(dǎo)體定律指出，在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)回路的總的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。

熱電偶接入中間導(dǎo)體的回路第94頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

2）熱電偶溫度計(jì)

③標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果已知熱電偶的兩個(gè)電極A、B分別與另一電極C組成的熱電偶的熱電勢(shì)為EAC(T,T0)和EBC(T,T0)，則在相同接點(diǎn)溫度(T,T0)下，由A、B電極組成的熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,T0)為:

標(biāo)準(zhǔn)電極定律使得熱電偶電極的選配提供了方便。第95頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

3）熱電阻溫度計(jì)

熱電阻溫度計(jì)是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的感溫電阻，把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電阻值變化的傳感器。熱電阻和熱敏電阻是利用電阻率的溫度系數(shù)，隨溫度的變化而變化的特點(diǎn)而工作的。

純金屬有正的溫度系數(shù)，溫度每升高1℃,電阻約增加0.4～0.6%，而半導(dǎo)體電阻率卻隨溫度升高而減少，即有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。在20℃時(shí)，溫度每變化1℃，電阻率卻要變化約-2%～-6%，它們都可用來(lái)制造熱電阻或熱敏電阻。第96頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.3溫度的測(cè)量

3）熱電阻溫度計(jì)

①金屬電阻溫度計(jì)對(duì)于絕大多數(shù)金屬，電阻隨溫度升高而增大的特性方程為：式中：Rt,Rt0—分別為熱電阻在t℃和t0℃時(shí)的電阻值；a1,a2,......,an—熱電阻的溫度系數(shù)（1/℃）。

溫度系數(shù)ai在一定的溫度范圍內(nèi)，可以近似認(rèn)為為一個(gè)常數(shù)，不同的金屬導(dǎo)體，ai取值的范圍不同。通常情況下，它是溫度的函數(shù)。第97頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

3）熱電阻溫度計(jì)

①金屬電阻溫度計(jì)在選用感溫材料時(shí)，應(yīng)滿足如下要求：溫度系數(shù)ai的值要大，純金屬的溫度系數(shù)ai比合金要高；在測(cè)量范圍內(nèi)，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定；在測(cè)量范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)要保持常數(shù)；具有較高的電阻率；材料容易提純，確保較好的復(fù)制性；滿足以上要求的材料有鉑、銅、鐵和鎳。而鉑和銅應(yīng)用較廣。第98頁(yè)/共111頁(yè)第四章：常用的安全檢測(cè)方法4.4溫度的測(cè)量

3）熱電阻溫度計(jì)