机械仪器

机械仪器，也叫机械量测量工具或仪器，是指用于测量尺寸、位移、力、重量、转矩、速度和振动等各种机械量参数的工业自动化检测仪器。机械仪器一般由测量电路、传感器、指示器和辅助电源组成，有的也有记录和调节功能。这类仪表主要应用于冶金、机械、交通运输和轻工业等方面。

机械仪器分类介绍

1、按检测原理的不同机械仪器有光学的、机械式、电气的等多种类型，采用电测原理的机械仪器在生产过程中使用相对较多。这类仪器的特点是能够进行连续测量，响应快，信号处理比较简单，测量范围宽，对被测状态的影响小等。在机械量测量仪器中，作为机电转换部件的传感器，其性能高低对整个仪器的性能有很大影响。

2、通常情况下,机械仪器可按照测量的机械量参数不同，分为尺寸位移测量仪器、转矩测量仪器、转速测量仪器、厚度测量仪器、力测量仪器和振动测量仪器。

其中，力、称重、转速、扭矩、厚度和振动等参数的测量仪器是比较常用的。

尺寸位移测量仪器

这类仪器包括影像测量仪、三坐标测量机、工件显微镜、激光位移测量仪等。

用于测量机械位移、机械零部件的几何参数（尺寸、表面形状等）以及在加工过程中连续测量钢板、纸和橡胶等的几何尺寸。位移测量仪表由位移传感器、测量电路和指示器等部分组成。位移传感器按输出信号的类型可分为模拟式位移传感器和数字式位移传感器两类。

尺寸测量仪器具有一探头，所述探头沿着测量轴线移动。弹性传输元件使探头能在测量力的作用下移动。如有必要，探头可以与仪器刚性连接，例如以便实施外形测量或描绘。仪器整个地用一外壳保护免受液体射入和粉尘的影响，并且探头可以在不打开外壳或者不进入外壳内部的情况下锁紧。

力测量、称重仪器

力测量仪器用来测量轧制力、张力、冲压力和切削力。测力仪表一般由力传感器、测量电路和指示器等部分组成，并按力传感器的工作原理分类。力传感器是一种将被测力变换为电信号输出的测量元件。力测量仪表的工作原理基本上有两种。一种是测量某些物质受力作用时其固有物理性质发生的变化，从而测得作用力的大小，如压磁式、压电式和振弦式等力传感器；另一种是利用被测力使弹性体变形，通过测量变形的程度来测出被测力的大小，如电阻应变式、电容式等力传感器。

称重仪器主要是称量各种物体质量的仪表。这两类仪器包括压磁测力仪、电阻应变式测力仪、地中衡和料斗秤等。

压磁式力传感器，又称磁弹性式力传感器。它利用磁弹性体受力作用时内部产生应力应变，使材料的磁性质发生变化的磁弹性效应，将被测力变换成电信号输出。这种力传感器的特点是输出信号大，因内阻低而抗干扰性能好，能在恶劣的环境中工作，因而被广泛用于轧制力和张力测量仪表。

压电式力传感器，利用压电介质（如石英、钛酸钡等晶体）在力作用下发生极化而在两端表面间出现电势差的压电效应，将被测力变换成电信号输出的测量元件。这种传感器具有轻巧、频率响应范围宽等特点，适用于测量动态力、冲击力和短时间作用的静态力等。

振弦式力传感器，利用振弦的固有振动频率随张力的大小而变化的特性，将被测力转换为频率信号输出的测量元件。传感器输出的是频率信号，所以抗干扰性能好，而且信号能远距离传输。另外，这种传感器还具有价格低、寿命长的特点，特别适用于对土压力的测量,在土建施工中应用很广。

电阻应变式力传感器，是一种利用粘贴在弹性体上并组成电桥电路的应变片将被测力变换成电信号输出的传感器。这种传感器具有测量精确度高、响应快和测量范围宽等特点，故广泛用于称重仪表。测量上限值一般为10牛顿～100万牛顿,测量误差为0.05～0.5%。

地中衡是可将汽车、马车等和所载货物一同称重的杠杆秤。 称量汽车或畜力车载重量的衡器。按结构和功能分为机械式、机电结合式和电子式3类，以机械式为最基本型。机械式和机电结合式的秤体安放在地下的基坑里，秤体表面与地面持平。电子式的秤体直接放在地面上或架在浅坑上，秤体表面高于地面，两端带有坡度，可移动使用，又称无基坑汽车衡。

料斗秤是测量料斗中物料重量用的称重电子衡器。主要由称量斗、支架、气动阀门、高精度称重传感器、接线盒、信号电缆和智能化称重显示器等组成。

转速测量仪器

转速测量仪器供测量旋转体在单位时间内的转数之用的机械仪器，简称转速表。按工作原理分为离心式、磁性式、光电式、数字式和磁阻式等。

离心式转速，利用离心力和拉力的平衡来指示转速。离心式转速仪是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速仪；测量精度一般在1~2级，一般就地安装。一只优良的离心式转速仪不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。但是结构比较复杂 。

磁性转速仪，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋转力和游丝力的平衡来指示转速。 磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速仪；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。磁性转速仪，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车以及其它机械设备。异地安装时软轴易损坏。

闪光式转速仪，利用视觉暂留的原理。闪光式转速仪，除了检测转速（往复速度）外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。

电动式转速仪，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速和被测轴的转速一致。磁性转速头和小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机和船舶设备。

振动测量仪器

振动测量仪器是测定振动的物理量的仪器，振动测量系统主要由振动换能器(拾振器)、前置放大器、处理和变换仪器（如声级计或振动计、滤波器、声级记录器、磁带记录器、实时分析仪）三部分组成。常用的有压电式加速度测量仪器、磁电式速度测量仪器、涡流式位移测量仪器和电位器式位移测量仪器。

压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。

磁电式速度测量仪是利用磁电转换原理，测量并显示速度的仪表。

涡流式位移测量仪器可对金属材质的被测体进行非接触测量、监控。广泛用于汽轮机、航空发动机、透平机等机械转轴的轴向位移测量和监控。也可用于其他金属物体的位移、变形等测量和监控。具有测量范围大、线性精度高等优点。

电位器，可以说是在日常工作中一种常用的机械仪器元件，广泛应用于各类电器和电子设备中。电位器式电阻传感器可将机械的直线位移或角位移输入量转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。

厚度测量仪器

主要用以测量板材、带材、管材、镀层和涂层厚度的仪器。测量结果为某面积内厚度的平均值。常用的有电感式、高频涡流式、微波式、核辐射式、X射线式和气动式厚度计。

滚轮接触式电感厚度计用于测量带材或板材的厚度。当被测材料通过由一活动和一固定滚轮组成的滚轮组之间时，工件厚度的变化引起活动滚轮径向位移。此位移推动电感传感器的铁芯，使电感线圈产生与厚度成比例的输出信号并显示出来。这种测量方法精度较高，且与被测材料的物理化学性质无关，但滚轮容易损伤被测表面。

微波式厚度计：从测量回路依次射向被测材料的两个表面，反射后送到测量反射波的接收器。当被测材料厚度变化时，测量回路微波所经过的长度也有变化。它与设定的补偿回路的信号比较后，经检波输出。微波式厚度计既可实现不接触测量，又不受被测材料性质的影响。缺点是受周围水汽影响较大。

高频涡流式厚度计为减少被测材料在运动中因抖动引起测量结果的误差，采用差动测量方式。

核辐射厚度计分为两类。一类是利用β、γ等核辐射线穿透被测材料时被吸收而发生强度变化来测量厚度的；另一类是利用核辐射线反散射原理的,射线穿过物质时发生散射现象,当散射角超过90°时便产生反散射，而反散射强度与材料厚度有关，测出从材料反散射的射线强度即可测出厚度。

X射线厚度计的工作原理是通过测量透过板材的X射线强度来确定厚度。X射线束细，响应速度快,切断电源后X射线立即消失。因此，这种厚度计使用和储存均比核辐射式方便和安全，而且因被测板材表面可能存在的水膜引起的误差比较小。