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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