《應變計式傳感器》課件

應變計式傳感器課程大綱第一部分:應變計原理介紹應變計式傳感器的基本概念、工作原理和類型。重點講解金屬應變計、半導體應變計和光纖應變計。第二部分:應變計應用探討應變計在不同領域的應用，例如力的測量、壓力的測量、扭矩的測量等。并舉例說明應變計在工業(yè)、汽車、航空航天和生物醫(yī)學等領域的應用。第三部分:應變測量技術發(fā)展介紹應變測量技術的前沿進展，例如智能光纖應變計和納米應變計。并展望未來應變計技術的發(fā)展趨勢和應用前景。什么是應變計式傳感器應變計式傳感器是一種將機械應變轉換為電信號的傳感器，它廣泛應用于工業(yè)生產、科學研究和日常生活中。應變計式傳感器的工作原理是基于材料的電阻變化與應變之間的關系，通過測量電阻的變化來間接測量應變。應變計的基本工作原理電阻變化當應變計受到外力作用時，其電阻會發(fā)生變化。這種變化與施加的應力成正比?；菟雇姌驊冇嬐ǔＥc惠斯通電橋電路連接?；菟雇姌蚩梢跃_測量電阻的變化，從而反映出應變計所測量的應力。信號放大惠斯通電橋輸出的信號微弱，需要經過放大器進行放大處理。數據轉換放大后的信號可以轉換為數字信號，方便進行后續(xù)的數據處理和分析。應變計的種類金屬應變計最常見的類型，價格低廉，應用廣泛?；诮饘俨牧系碾娮枳兓?，可以用于各種力學測量的應用。半導體應變計靈敏度高，尺寸小，適合測量微小應變?；诎雽w材料的電阻變化原理，適用于高精度測量和微型傳感器。光纖應變計抗干擾能力強，可用于惡劣環(huán)境?；诠饫w傳感原理，不受電磁干擾，適用于高壓、高溫等復雜環(huán)境中的測量。金屬應變計電阻式應變計利用金屬絲的電阻變化測量應變，應用廣泛。箔式應變計將金屬箔蝕刻成特定形狀，靈敏度高，易于安裝。半導體應變計半導體應變計是利用半導體材料的壓阻效應制成的。其工作原理是：當半導體材料受到應變時，其電阻會發(fā)生變化，這種變化與應變的大小成正比。與金屬應變計相比，半導體應變計具有更高的靈敏度，更小的尺寸，更高的頻率響應等優(yōu)點，因此被廣泛應用于各種精密測量領域，如航空航天、汽車工程、生物醫(yī)學工程等。光纖應變計高靈敏度光纖應變計對微小的應變變化非常敏感，能夠精確測量細微的結構變化?？闺姶鸥蓴_光纖本身不導電，因此不受電磁干擾影響，適用于惡劣環(huán)境下的測量。應變計的安裝與使用1準備工作清潔安裝表面，選擇合適的膠粘劑，確保應變計與待測物體表面緊密貼合。2應變計貼合將應變計貼合到待測物體表面，并用工具輕輕壓實，確保應變計與物體表面充分接觸。3引線連接將應變計的引線與測試電路連接，確保連接牢固，避免接觸不良或斷路。4測試與校準進行應變計的測試和校準，確保其性能符合要求，并根據測試結果進行調整。應變計的測試電路1惠斯通電橋常用于應變計測量2信號放大放大微弱的應變信號3數據采集采集并處理數據應變計電路的誤差分析環(huán)境溫度溫度變化會導致應變計靈敏度和電阻發(fā)生變化，影響測量精度。橋臂阻抗不平衡橋臂阻抗不平衡會導致輸出電壓發(fā)生偏移，引入誤差。非線性誤差應變計的輸出電壓與應變并非完全線性關系，存在非線性誤差。應變計的檢定與標定1檢定確認應變計是否符合標準2標定建立應變計的輸出與應變之間的關系3校準調整應變計的輸出，使其符合標準應變計的性能指標靈敏度應變計的靈敏度是指應變計輸出信號的變化量與被測物體應變變化量的比值。線性度應變計的線性度是指應變計輸出信號與被測物體應變之間的線性關系程度。重復性應變計的重復性是指在相同的測試條件下，應變計對同一應變值進行多次測量所得結果的吻合程度。穩(wěn)定性應變計的穩(wěn)定性是指應變計在一段時間內，其性能指標保持不變的能力。應變計的應用領域結構監(jiān)測橋梁、建筑物、隧道等大型結構的健康狀況監(jiān)測。機械設備發(fā)動機、渦輪機、壓力容器等機械設備的應力、振動和負載監(jiān)測。航空航天飛機、火箭、衛(wèi)星等航空航天器結構的應力、振動和負載監(jiān)測。生物醫(yī)學人體運動、肌肉活動、呼吸等生理信號的測量。力的測量應用原理優(yōu)點拉力、壓力、扭矩應變計測量物體形變精度高、響應快壓力的測量1直接測量通過應變計直接測量壓力，適用于低壓測量。2間接測量通過應變計測量壓力引起的變形，適用于高壓測量。3壓力傳感器將應變計與其他元件結合，用于壓力測量，可實現高精度和可靠性。扭矩的測量應變計式扭矩傳感器通過測量扭矩引起的應變變化來測量扭矩。電磁式扭矩傳感器利用電磁感應原理，通過測量磁場變化來測量扭矩。光纖式扭矩傳感器利用光纖的應變敏感特性，通過測量光信號的變化來測量扭矩。重力加速度的測量9.81m/s2地球上的重力加速度1應變計測量重力加速度的傳感器10米自由落體運動的距離振動與位移的測量振動位移應變計可以測量物體振動的幅度和頻率應變計可以測量物體在特定方向上的位移量應用于機械振動分析、故障診斷應用于精密儀器、橋梁監(jiān)測溫度的測量100精度應變計式傳感器可以測量溫度變化引起的微小尺寸變化，從而實現溫度的高精度測量。1000范圍應變計式傳感器可以測量從低溫到高溫范圍內的溫度變化，適用于各種應用場景。10響應時間應變計式傳感器對溫度變化的響應速度快，可以實時監(jiān)測溫度變化。應變計應用實例應變計在各種應用中發(fā)揮著至關重要的作用，例如：監(jiān)測橋梁和建筑物的結構完整性測量飛機機翼的應力分布評估醫(yī)療設備的安全性工業(yè)測控系統中的應用過程監(jiān)控應變計用于監(jiān)測壓力、溫度、振動等關鍵參數，確保生產過程安全穩(wěn)定運行。設備故障診斷應變計可用于識別設備的異常振動或變形，幫助提前預防故障，延長設備壽命。質量控制應變計可用于測量產品尺寸、形狀和應力狀態(tài)，保證產品的質量和一致性。汽車工程中的應用汽車懸架、車身結構、發(fā)動機等輪胎壓力監(jiān)測系統汽車傳動系統航空航天領域的應用結構健康監(jiān)測應變計可用于監(jiān)測飛機和火箭結構的應力，并預測潛在的結構失效。飛行控制系統應變計可用于測量飛機的載荷和姿態(tài)，并提供反饋信息，以便控制飛機的飛行狀態(tài)。發(fā)動機監(jiān)測應變計可用于監(jiān)測發(fā)動機組件的應力和振動，以便及時發(fā)現故障和維護發(fā)動機安全運行。生物醫(yī)學工程中的應用人體運動分析應變計可以測量人體運動過程中的肌肉力量和關節(jié)運動范圍，為康復訓練提供數據支持。醫(yī)療器械監(jiān)測應變計可以監(jiān)測人工關節(jié)、植入物等醫(yī)療器械的應力變化，確保其安全性和可靠性。生物力學研究應變計可以用于研究人體的力學特性，如骨骼的強度、肌肉的張力等。前沿應用和發(fā)展趨勢智能傳感器集成智能化功能，實現自診斷、自校準和自適應等功能，提升傳感器性能和可靠性。納米傳感器基于納米材料和納米技術，具有更高靈敏度、更小尺寸、更低功耗等特點，拓展應變計應用領域。無線傳感器網絡利用無線通信技術，實現遠程監(jiān)控和數據采集，為應變計應用提供更加便捷高效的解決方案。應變測量技術的新進展應變測量技術是現代工業(yè)中不可或缺的一部分，近年來取得了顯著進展，不斷提升著測量精度、效率和應用范圍。例如，高精度應變計、智能光纖應變計和納米應變計等新型傳感器相繼問世，為應變測量技術帶來了突破性的發(fā)展。智能光纖應變計智能光纖應變計結合了光纖傳感技術和智能化技術，具有高靈敏度、抗干擾性強、測量范圍廣等優(yōu)點。它能夠實現遠程實時監(jiān)測，并在惡劣環(huán)境下提供可靠的應變測量數據。納米應變計納米應變計是利用納米材料的力學性質制成的應變傳感器，具有尺寸微小、靈敏度高、響應速度快等優(yōu)點。納米應變計在微納機電系統（MEMS）、生物醫(yī)學工程、材料科學等領域具有廣泛的應用前景?？偨Y與展望本課程深入講解了應變計式傳感器，涵蓋了基