《應(yīng)變式位移傳感器》課件

應(yīng)變式位移傳感器應(yīng)變式位移傳感器概述傳感器類型應(yīng)變式位移傳感器是一種基于應(yīng)變片原理的位移測(cè)量裝置。它通過(guò)測(cè)量物體在受力變形時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變變化來(lái)間接測(cè)量位移。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)變式位移傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械制造、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，用于測(cè)量位移、力、壓力等物理量。應(yīng)變式位移傳感器的工作原理應(yīng)變片應(yīng)變片是應(yīng)變式位移傳感器的核心元件。它是一種將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的敏感元件?；菟雇姌驊?yīng)變片通常與惠斯通電橋電路連接，形成一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)。信號(hào)轉(zhuǎn)換當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片也會(huì)發(fā)生形變，其電阻值也會(huì)隨之改變，從而改變惠斯通電橋的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)與應(yīng)變成比例的電壓信號(hào)。信號(hào)放大電壓信號(hào)被放大，并由儀器顯示出來(lái)。應(yīng)變式位移傳感器的組成敏感元件通常是應(yīng)變片，用來(lái)將形變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路用于放大、濾波和轉(zhuǎn)換應(yīng)變片的輸出信號(hào)。顯示器用于顯示位移、壓力等測(cè)量結(jié)果。應(yīng)變片的材料及特性金屬材料常用于制造應(yīng)變片的金屬材料主要有：鎳鉻合金、鉑合金、銅鎳合金等。這些金屬材料具有良好的電阻溫度特性和機(jī)械性能，適合于制作高精度應(yīng)變片。半導(dǎo)體材料近年來(lái)，半導(dǎo)體材料應(yīng)變片也得到了廣泛應(yīng)用。與金屬應(yīng)變片相比，半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高、尺寸小的特點(diǎn)，適用于測(cè)量微小應(yīng)變。主要特性應(yīng)變片的關(guān)鍵特性包括靈敏度、溫度系數(shù)、漂移特性、穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)變片應(yīng)具備高靈敏度、低溫漂、穩(wěn)定性好等特性，才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。應(yīng)變片的形式及安裝方式應(yīng)變片形式應(yīng)變片的形式多種多樣，最常見(jiàn)的有:電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片壓阻式應(yīng)變片應(yīng)變片安裝方式應(yīng)變片的安裝方式要根據(jù)實(shí)際情況選擇，主要有:粘貼式焊接式螺紋式應(yīng)變式位移傳感器的特點(diǎn)高精度能夠提供精確的位移測(cè)量結(jié)果，誤差范圍較小。高靈敏度對(duì)微小的位移變化也能做出響應(yīng)，適用于高精度測(cè)量。響應(yīng)速度快能夠及時(shí)反映位移的變化，適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量?？煽啃愿呓Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，在惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。應(yīng)變式位移傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)高精度和高靈敏度測(cè)量范圍廣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜響應(yīng)速度快易于安裝和使用缺點(diǎn)易受溫度影響易受振動(dòng)和沖擊影響長(zhǎng)期使用可能會(huì)產(chǎn)生蠕變對(duì)環(huán)境濕度敏感應(yīng)變式位移傳感器的分類根據(jù)測(cè)量范圍分類小量程、中量程、大量程。根據(jù)測(cè)量對(duì)象分類線性位移傳感器、角度位移傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器。根據(jù)結(jié)構(gòu)分類單臂梁式、雙臂梁式、環(huán)形梁式、薄膜式。集成電路應(yīng)變式位移傳感器集成電路應(yīng)變式位移傳感器將應(yīng)變片、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)處理電路集成在一個(gè)芯片上，體積小、重量輕、精度高、可靠性高。集成電路應(yīng)變式位移傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。應(yīng)變式位移傳感器的技術(shù)指標(biāo)0.1精度衡量傳感器輸出值與實(shí)際測(cè)量值的偏差程度。10靈敏度傳感器輸出信號(hào)變化量與輸入量變化量之比。50響應(yīng)時(shí)間傳感器從接收到輸入信號(hào)到輸出穩(wěn)定信號(hào)所需的時(shí)間。100工作溫度傳感器正常工作的溫度范圍。載荷測(cè)量應(yīng)用1橋式起重機(jī)監(jiān)控起重機(jī)的負(fù)載，防止超載2壓力機(jī)監(jiān)測(cè)壓力機(jī)的壓力，確保生產(chǎn)安全3大型機(jī)械測(cè)量機(jī)器的負(fù)載，評(píng)估機(jī)器的性能應(yīng)變式位移傳感器在載荷測(cè)量方面應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備，包括起重機(jī)、壓力機(jī)、大型機(jī)械等。通過(guò)測(cè)量設(shè)備的變形，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出設(shè)備的負(fù)載，從而確保設(shè)備的安全運(yùn)行。力量測(cè)試應(yīng)用1人體力量測(cè)量運(yùn)動(dòng)員的肌肉力量、爆發(fā)力等指標(biāo)。2機(jī)械力量監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，防止過(guò)度負(fù)荷。3材料強(qiáng)度測(cè)試材料的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等。位移測(cè)量應(yīng)用1機(jī)械加工監(jiān)控機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，確保精確度和效率。2汽車行業(yè)監(jiān)測(cè)懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。3建筑工程測(cè)量橋梁、建筑物和土木工程結(jié)構(gòu)的變形和位移。壓力測(cè)量應(yīng)用1壓力傳感器測(cè)量流體壓力2氣壓測(cè)量氣壓監(jiān)測(cè)和控制3液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)壓力應(yīng)變式位移傳感器在壓力測(cè)量中應(yīng)用廣泛。通過(guò)測(cè)量壓力變化引起的變形，可以準(zhǔn)確測(cè)量各種流體的壓力。例如，在氣壓測(cè)量中，應(yīng)變式位移傳感器可用于監(jiān)測(cè)氣壓變化，控制氣壓系統(tǒng)；在液壓系統(tǒng)中，應(yīng)變式位移傳感器可用于監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)壓力，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。應(yīng)變式位移傳感器的校準(zhǔn)1零點(diǎn)校準(zhǔn)消除傳感器在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下的輸出偏移2滿量程校準(zhǔn)校準(zhǔn)傳感器在最大應(yīng)力下的輸出值3線性校準(zhǔn)校準(zhǔn)傳感器輸出信號(hào)與應(yīng)力之間的線性關(guān)系應(yīng)變式位移傳感器的溫度補(bǔ)償1溫度影響溫度變化會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，進(jìn)而影響測(cè)量精度。2補(bǔ)償方法常用的溫度補(bǔ)償方法包括：溫度敏感元件補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)取?補(bǔ)償效果溫度補(bǔ)償可以有效提高應(yīng)變式位移傳感器的測(cè)量精度，尤其在溫度變化較大的環(huán)境中。應(yīng)變式位移傳感器的信號(hào)調(diào)理電路放大電路應(yīng)變式位移傳感器輸出的信號(hào)微弱，需要通過(guò)放大電路進(jìn)行放大，以提高信號(hào)的信噪比。濾波電路濾波電路用于消除噪聲，提高信號(hào)的質(zhì)量。它可以濾除高頻噪聲，保留有用的信號(hào)頻率。零點(diǎn)漂移補(bǔ)償電路應(yīng)變式位移傳感器在工作時(shí)存在零點(diǎn)漂移，需要通過(guò)補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，以提高測(cè)量精度。應(yīng)變式位移傳感器的信號(hào)處理1放大應(yīng)變片輸出的信號(hào)非常微弱，需要經(jīng)過(guò)放大才能被有效利用。2濾波濾除信號(hào)中的噪聲，提高信號(hào)的信噪比。3轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。應(yīng)變式位移傳感器的安裝要求安裝前需清潔傳感器表面和安裝位置，防止污垢影響傳感器的精度。安裝時(shí)應(yīng)確保傳感器水平安裝，避免傾斜或垂直安裝。安裝螺絲應(yīng)緊固適度，避免過(guò)度緊固造成傳感器變形。應(yīng)變式位移傳感器的使用注意事項(xiàng)1環(huán)境避免在過(guò)高或過(guò)低的溫度、濕度或振動(dòng)環(huán)境下使用，以免影響傳感器的精度和壽命。2過(guò)載應(yīng)避免超過(guò)傳感器的額定載荷，過(guò)載可能會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞。3安裝正確安裝傳感器，確保傳感器與被測(cè)物體緊密接觸，并避免傳感器受到?jīng)_擊或振動(dòng)。應(yīng)變式位移傳感器的維護(hù)保養(yǎng)清潔定期清潔傳感器，確保其表面清潔，避免灰塵和污垢影響其性能。存儲(chǔ)傳感器應(yīng)存儲(chǔ)在干燥、通風(fēng)良好的環(huán)境中，避免陽(yáng)光直射和高溫潮濕的環(huán)境。校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)傳感器，以確保其精度符合要求。校準(zhǔn)應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行。應(yīng)變式位移傳感器的發(fā)展趨勢(shì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)MEMS技術(shù)正在改變應(yīng)變式位移傳感器的設(shè)計(jì)，使得傳感器更加小型化、集成化和智能化。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的發(fā)展使得應(yīng)變式位移傳感器能夠更方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，從而提高了測(cè)量效率和精度。人工智能(AI)AI技術(shù)的應(yīng)用使得應(yīng)變式位移傳感器能夠進(jìn)行更智能化的數(shù)據(jù)分析和處理，提高了傳感器的智能化水平。應(yīng)變式位移傳感器在工業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用過(guò)程控制用于監(jiān)控和控制工業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，如壓力、溫度、流量和液位。設(shè)備維護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的振動(dòng)、負(fù)載和磨損情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，避免停機(jī)損失。質(zhì)量控制精確測(cè)量產(chǎn)品尺寸、形狀和重量，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。自動(dòng)化集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和優(yōu)化。應(yīng)變式位移傳感器在汽車測(cè)量中的應(yīng)用汽車性能監(jiān)測(cè)用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油壓、水溫等參數(shù)，幫助駕駛員了解車輛狀態(tài)。安全系統(tǒng)作為安全氣囊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)等安全系統(tǒng)的核心傳感器，確保車輛安全。車輛診斷用于檢測(cè)車輛故障，如發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、輪胎壓力異常等，提供精準(zhǔn)的故障診斷信息。駕駛輔助系統(tǒng)作為車道偏離預(yù)警、自動(dòng)泊車等駕駛輔助系統(tǒng)的傳感器，提升駕駛安全性。應(yīng)變式位移傳感器在航空航天中的應(yīng)用1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部位的應(yīng)力狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)損傷，確保飛行安全。2飛行控制系統(tǒng)測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)、速度、高度等關(guān)鍵參數(shù)，為飛行控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的反饋信息，提高飛行穩(wěn)定性和控制精度。3發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等參數(shù)，評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)性能，確保其可靠運(yùn)行。應(yīng)變式位移傳感器在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1人體運(yùn)動(dòng)分析監(jiān)測(cè)關(guān)節(jié)角度和肌肉力量。2醫(yī)療器械設(shè)計(jì)用于人工關(guān)節(jié)、假肢和植入物的開發(fā)。3生物力學(xué)研究測(cè)量骨骼和組織的力學(xué)特性。應(yīng)變式位移傳感器在科研實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用1材料力學(xué)研究2結(jié)構(gòu)分析3力學(xué)性能測(cè)試應(yīng)變式位移傳感器在科研實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于材料力學(xué)研究、結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)性能測(cè)試等領(lǐng)域。傳感器精確的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠幫助研究人員更深入地理解材料的行為和結(jié)構(gòu)的性能，推動(dòng)科研的進(jìn)步。應(yīng)變式位移傳感器的前沿研究方向納米材料應(yīng)變片的應(yīng)用多參數(shù)融合傳感器的