《应变计式传感器》课件

应变计式传感器课程大纲第一部分:应变计原理介绍应变计式传感器的基本概念、工作原理和类型。重点讲解金属应变计、半导体应变计和光纤应变计。第二部分:应变计应用探讨应变计在不同领域的应用，例如力的测量、压力的测量、扭矩的测量等。并举例说明应变计在工业、汽车、航空航天和生物医学等领域的应用。第三部分:应变测量技术发展介绍应变测量技术的前沿进展，例如智能光纤应变计和纳米应变计。并展望未来应变计技术的发展趋势和应用前景。什么是应变计式传感器应变计式传感器是一种将机械应变转换为电信号的传感器，它广泛应用于工业生产、科学研究和日常生活中。应变计式传感器的工作原理是基于材料的电阻变化与应变之间的关系，通过测量电阻的变化来间接测量应变。应变计的基本工作原理电阻变化当应变计受到外力作用时，其电阻会发生变化。这种变化与施加的应力成正比。惠斯通电桥应变计通常与惠斯通电桥电路连接。惠斯通电桥可以精确测量电阻的变化，从而反映出应变计所测量的应力。信号放大惠斯通电桥输出的信号微弱，需要经过放大器进行放大处理。数据转换放大后的信号可以转换为数字信号，方便进行后续的数据处理和分析。应变计的种类金属应变计最常见的类型，价格低廉，应用广泛。基于金属材料的电阻变化原理，可以用于各种力学测量的应用。半导体应变计灵敏度高，尺寸小，适合测量微小应变。基于半导体材料的电阻变化原理，适用于高精度测量和微型传感器。光纤应变计抗干扰能力强，可用于恶劣环境。基于光纤传感原理，不受电磁干扰，适用于高压、高温等复杂环境中的测量。金属应变计电阻式应变计利用金属丝的电阻变化测量应变，应用广泛。箔式应变计将金属箔蚀刻成特定形状，灵敏度高，易于安装。半导体应变计半导体应变计是利用半导体材料的压阻效应制成的。其工作原理是：当半导体材料受到应变时，其电阻会发生变化，这种变化与应变的大小成正比。与金属应变计相比，半导体应变计具有更高的灵敏度，更小的尺寸，更高的频率响应等优点，因此被广泛应用于各种精密测量领域，如航空航天、汽车工程、生物医学工程等。光纤应变计高灵敏度光纤应变计对微小的应变变化非常敏感，能够精确测量细微的结构变化。抗电磁干扰光纤本身不导电，因此不受电磁干扰影响，适用于恶劣环境下的测量。应变计的安装与使用1准备工作清洁安装表面，选择合适的胶粘剂，确保应变计与待测物体表面紧密贴合。2应变计贴合将应变计贴合到待测物体表面，并用工具轻轻压实，确保应变计与物体表面充分接触。3引线连接将应变计的引线与测试电路连接，确保连接牢固，避免接触不良或断路。4测试与校准进行应变计的测试和校准，确保其性能符合要求，并根据测试结果进行调整。应变计的测试电路1惠斯通电桥常用于应变计测量2信号放大放大微弱的应变信号3数据采集采集并处理数据应变计电路的误差分析环境温度温度变化会导致应变计灵敏度和电阻发生变化，影响测量精度。桥臂阻抗不平衡桥臂阻抗不平衡会导致输出电压发生偏移，引入误差。非线性误差应变计的输出电压与应变并非完全线性关系，存在非线性误差。应变计的检定与标定1检定确认应变计是否符合标准2标定建立应变计的输出与应变之间的关系3校准调整应变计的输出，使其符合标准应变计的性能指标灵敏度应变计的灵敏度是指应变计输出信号的变化量与被测物体应变变化量的比值。线性度应变计的线性度是指应变计输出信号与被测物体应变之间的线性关系程度。重复性应变计的重复性是指在相同的测试条件下，应变计对同一应变值进行多次测量所得结果的吻合程度。稳定性应变计的稳定性是指应变计在一段时间内，其性能指标保持不变的能力。应变计的应用领域结构监测桥梁、建筑物、隧道等大型结构的健康状况监测。机械设备发动机、涡轮机、压力容器等机械设备的应力、振动和负载监测。航空航天飞机、火箭、卫星等航空航天器结构的应力、振动和负载监测。生物医学人体运动、肌肉活动、呼吸等生理信号的测量。力的测量应用原理优点拉力、压力、扭矩应变计测量物体形变精度高、响应快压力的测量1直接测量通过应变计直接测量压力，适用于低压测量。2间接测量通过应变计测量压力引起的变形，适用于高压测量。3压力传感器将应变计与其他元件结合，用于压力测量，可实现高精度和可靠性。扭矩的测量应变计式扭矩传感器通过测量扭矩引起的应变变化来测量扭矩。电磁式扭矩传感器利用电磁感应原理，通过测量磁场变化来测量扭矩。光纤式扭矩传感器利用光纤的应变敏感特性，通过测量光信号的变化来测量扭矩。重力加速度的测量9.81m/s²地球上的重力加速度1应变计测量重力加速度的传感器10米自由落体运动的距离振动与位移的测量振动位移应变计可以测量物体振动的幅度和频率应变计可以测量物体在特定方向上的位移量应用于机械振动分析、故障诊断应用于精密仪器、桥梁监测温度的测量100精度应变计式传感器可以测量温度变化引起的微小尺寸变化，从而实现温度的高精度测量。1000范围应变计式传感器可以测量从低温到高温范围内的温度变化，适用于各种应用场景。10响应时间应变计式传感器对温度变化的响应速度快，可以实时监测温度变化。应变计应用实例应变计在各种应用中发挥着至关重要的作用，例如：监测桥梁和建筑物的结构完整性测量飞机机翼的应力分布评估医疗设备的安全性工业测控系统中的应用过程监控应变计用于监测压力、温度、振动等关键参数，确保生产过程安全稳定运行。设备故障诊断应变计可用于识别设备的异常振动或变形，帮助提前预防故障，延长设备寿命。质量控制应变计可用于测量产品尺寸、形状和应力状态，保证产品的质量和一致性。汽车工程中的应用汽车悬架、车身结构、发动机等轮胎压力监测系统汽车传动系统航空航天领域的应用结构健康监测应变计可用于监测飞机和火箭结构的应力，并预测潜在的结构失效。飞行控制系统应变计可用于测量飞机的载荷和姿态，并提供反馈信息，以便控制飞机的飞行状态。发动机监测应变计可用于监测发动机组件的应力和振动，以便及时发现故障和维护发动机安全运行。生物医学工程中的应用人体运动分析应变计可以测量人体运动过程中的肌肉力量和关节运动范围，为康复训练提供数据支持。医疗器械监测应变计可以监测人工关节、植入物等医疗器械的应力变化，确保其安全性和可靠性。生物力学研究应变计可以用于研究人体的力学特性，如骨骼的强度、肌肉的张力等。前沿应用和发展趋势智能传感器集成智能化功能，实现自诊断、自校准和自适应等功能，提升传感器性能和可靠性。纳米传感器基于纳米材料和纳米技术，具有更高灵敏度、更小尺寸、更低功耗等特点，拓展应变计应用领域。无线传感器网络利用无线通信技术，实现远程监控和数据采集，为应变计应用提供更加便捷高效的解决方案。应变测量技术的新进展应变测量技术是现代工业中不可或缺的一部分，近年来取得了显著进展，不断提升着测量精度、效率和应用范围。例如，高精度应变计、智能光纤应变计和纳米应变计等新型传感器相继问世，为应变测量技术带来了突破性的发展。智能光纤应变计智能光纤应变计结合了光纤传感技术和智能化技术，具有高灵敏度、抗干扰性强、测量范围广等优点。它能够实现远程实时监测，并在恶劣环境下提供可靠的应变测量数据。纳米应变计纳米应变计是利用纳米材料的力学性质制成的应变传感器，具有尺寸微小、灵敏度高、响应速度快等优点。纳米应变计在微纳机电系统（MEMS）、生物医学工程、材料科学等领域具有广泛的应用前景。总结与展望本课程深入讲解了应变计式传感器，涵盖了基