應(yīng)變（和應(yīng)力）的測(cè)量對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和公共安全都至關(guān)重要。所有主要行業(yè)都進(jìn)行了無(wú)數(shù)的應(yīng)變計(jì)測(cè)量，包括航空航天、汽車(chē)、制造、土木工程等。應(yīng)變計(jì)出現(xiàn)在意想不到的地方，甚至在我們的家中。在本文中，我們將概述最常見(jiàn)和最重要的應(yīng)變計(jì)（又名“應(yīng)變片”）應(yīng)用。
應(yīng)變片傳感器
? 工業(yè)應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 航空航天應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 汽車(chē)應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 鐵路應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 海事應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 土木工程應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 醫(yī)療和保健應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
? 家用應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
應(yīng)變計(jì)是測(cè)量應(yīng)變的傳感器。開(kāi)爾文勛爵在幾個(gè)世紀(jì)前就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電線被拉伸或壓縮時(shí)，其電阻會(huì)發(fā)生變化。今天的應(yīng)變計(jì)只是一個(gè)以之字形排列并安裝到柔性箔背襯材料上的電導(dǎo)體。
量具直接粘合（粘合）到被測(cè)物體上。當(dāng)物體彎曲時(shí)，它會(huì)輸出與應(yīng)變量成比例的電阻變化。每個(gè)應(yīng)變計(jì)僅感測(cè)一個(gè)方向的應(yīng)變，因此通常使用多個(gè)應(yīng)變計(jì)，每個(gè)應(yīng)變計(jì)面向不同的方向，以便捕獲多個(gè)方向的彎曲。
典型箔式應(yīng)變計(jì)
應(yīng)變計(jì)的輸出被路由到專(zhuān)門(mén)的信號(hào)調(diào)節(jié)器，為其供電，在每次測(cè)試之前提供“平衡”控制，并將其小電壓輸出放大到更適合數(shù)字化的電壓。 DAQ 系統(tǒng)將調(diào)節(jié)后的信號(hào)數(shù)字化，將其顯示在屏幕上，并將其記錄到磁盤(pán)上。
設(shè)計(jì)用于處理應(yīng)變計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常具有至少八個(gè)通道，有時(shí)在大規(guī)模測(cè)試應(yīng)用中具有數(shù)百個(gè)通道。本文稍后將詳細(xì)介紹這一點(diǎn)。
我們需要知道結(jié)構(gòu)彎曲的程度和時(shí)間，以便確保它在實(shí)際條件下正常工作。這是產(chǎn)品測(cè)試的基本要求，不僅對(duì)于產(chǎn)品可靠性至關(guān)重要，而且對(duì)于公共安全也至關(guān)重要。應(yīng)變計(jì)也是負(fù)載、力和壓力傳感器的核心，例如稱(chēng)重傳感器和力傳感器。
應(yīng)變計(jì)的正確應(yīng)用，即將其物理粘合或粘合到表面，對(duì)于獲得良好的測(cè)量結(jié)果至關(guān)重要。關(guān)于這個(gè)主題已經(jīng)寫(xiě)了整本書(shū)。
工業(yè)生產(chǎn)線
? 高速公路上的卡車(chē)稱(chēng)重系統(tǒng)
? 制造環(huán)境中的稱(chēng)重系統(tǒng)
? 將內(nèi)容物倒入卡車(chē)或火車(chē)車(chē)廂的筒倉(cāng)使用筒倉(cāng)本身基于應(yīng)變計(jì)的傳感器來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)容物的重量
? 破碎機(jī)使用應(yīng)變計(jì)來(lái)檢測(cè)應(yīng)力峰值，如果在機(jī)器損壞之前發(fā)生堵塞，則關(guān)閉機(jī)器
? 重量相同的物品，如螺釘、釘子等，通常按重量計(jì)算。它們被裝入料斗中，料斗稱(chēng)重并將總重量除以物品的單位重量，以計(jì)算數(shù)量。
? 發(fā)電廠、煉油廠、風(fēng)機(jī)、渦輪機(jī)等各種驅(qū)動(dòng)軸的扭矩和功率測(cè)量。
? 測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、機(jī)艙和塔架本身的應(yīng)力。
? 軸和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備的扭矩測(cè)量測(cè)試
? 非常小的應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量印刷電路板上的應(yīng)力
? 鑄造件和焊接件的殘余應(yīng)力測(cè)試
? 應(yīng)變計(jì)用于測(cè)試核電站的關(guān)鍵閥門(mén)
? 傳送帶和傳送軌道系統(tǒng)監(jiān)控。
? 造紙廠適當(dāng)?shù)膹埦o對(duì)于紙張生產(chǎn)和最大限度地減少停機(jī)時(shí)間和生產(chǎn)損失至關(guān)重要
? 印刷機(jī)使用應(yīng)變計(jì)系統(tǒng)來(lái)確保紙張對(duì)齊
飛機(jī)機(jī)翼
當(dāng)然，飛機(jī)必須盡可能安全。在開(kāi)發(fā)和認(rèn)證過(guò)程中需要嚴(yán)格的測(cè)試。飛機(jī)還定期進(jìn)行測(cè)試，以確保其結(jié)構(gòu)完好。
當(dāng)談到飛行安全時(shí)，人們首先想到的是發(fā)動(dòng)機(jī)，但還有許多其他部件也必須日復(fù)一日地完美運(yùn)行。其中包括允許飛行員在三個(gè)維度上駕駛飛機(jī)的襟翼等控制面以及控制起落架等部件的執(zhí)行器。
飛機(jī)上的每個(gè)承重結(jié)構(gòu)都必須進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)試，包括：
? 機(jī)翼——就像高層建筑和橋梁在受到外力作用時(shí)會(huì)彎曲一樣，飛機(jī)機(jī)翼也被設(shè)計(jì)成彎曲的。應(yīng)變計(jì)測(cè)試可確保機(jī)翼彎曲度符合關(guān)鍵規(guī)格。
? 機(jī)身應(yīng)力和應(yīng)變是由機(jī)械力和外部和內(nèi)部壓力的變化引起的。
? 發(fā)動(dòng)機(jī)支架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)測(cè)試，以確保避免出現(xiàn)嚴(yán)重故障。
? 風(fēng)扇、渦輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)部件的扭矩和功率測(cè)量。
? 測(cè)試用于移動(dòng)襟翼等控制面、展開(kāi)起落架等的執(zhí)行器。
汽車(chē)應(yīng)變儀碰撞
每種車(chē)輛在開(kāi)發(fā)過(guò)程中都會(huì)經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試。這包括汽車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)和摩托車(chē)。
? 車(chē)身面板通常配備有數(shù)十個(gè)應(yīng)變計(jì)。這使得工程師能夠看到面板在各種路況、不同速度和不同行駛路面上的移動(dòng)情況
? 懸架系統(tǒng)在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中承受恒定的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)負(fù)載，并經(jīng)過(guò)測(cè)試以確保它們根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)承受這些負(fù)載
? 碰撞測(cè)試期間的保險(xiǎn)杠和潰縮區(qū)測(cè)試除了加速度計(jì)和高速攝像頭之外還涉及應(yīng)變計(jì)
? 驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩和功率測(cè)量
? 碰撞測(cè)試假人配備了應(yīng)變計(jì)和其他傳感器，用于在各種標(biāo)準(zhǔn)化安全測(cè)試期間測(cè)量車(chē)輛乘員所受的力
? 應(yīng)變計(jì)用于乘客座椅以確定座椅是否被占用。這決定了在發(fā)生事故時(shí)該座椅的安全氣囊是否應(yīng)該展開(kāi)。如果座椅上有兒童（而不是較重的成人），它們還可用于以較低的速度展開(kāi)安全氣囊。
軌道測(cè)試輸出示例
不僅要檢查火車(chē)，還要檢查鐵軌本身，因?yàn)楫?dāng)重型火車(chē)高速駛過(guò)時(shí)，鐵軌會(huì)承受很大的壓力。軌道還受到由于其下方的土體移動(dòng)而產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變，這可能是由構(gòu)造活動(dòng)、凍脹、天坑以及其下方可能存在的地雷引起的。
如果一列滿載乘客的火車(chē)撞到受損或失準(zhǔn)的軌道部分，后果將是毀滅性的。火車(chē)軌道是分段建造的，它們之間故意留有稱(chēng)為“伸縮縫”的間隙。這些間隙允許軌道在各種環(huán)境溫度下膨脹和收縮。熱和應(yīng)變傳感器通常安裝在這些伸縮縫上，并連接到警告系統(tǒng)，如果某段軌道經(jīng)歷了極端狀況，該系統(tǒng)會(huì)向列車(chē)操作員發(fā)出警報(bào)。
火車(chē)本身也是應(yīng)變和壓力測(cè)試的對(duì)象?；旧希魏未笮蜋C(jī)械結(jié)構(gòu)都需要進(jìn)行一系列測(cè)試以確保其本質(zhì)安全，尤其是涉及公共安全的結(jié)構(gòu)。這適用于貨運(yùn)和通勤鐵路系統(tǒng)。
從列車(chē)車(chē)體本身到下面的“卡車(chē)”，以及移動(dòng)部件，例如升起以連接接觸網(wǎng)電力線的受電弓，或延伸以與第三軌電力系統(tǒng)接觸的下面的靴子，都受到應(yīng)變計(jì)測(cè)試。
海事應(yīng)變計(jì)應(yīng)用
無(wú)論是湖上的小船，還是載有5000名水兵的航母，都得經(jīng)受考驗(yàn)。
潛艇機(jī)身應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)試 - 想象一下船體在不斷增加的深度所承受的壓力。船只和船體也需要進(jìn)行測(cè)試，以確保它們能夠承受海浪沖擊的應(yīng)力并保持結(jié)構(gòu)完好。
還測(cè)試了螺旋槳，以及驅(qū)動(dòng)軸和推進(jìn)系統(tǒng)中其他旋轉(zhuǎn)部件的應(yīng)力、應(yīng)變和扭矩測(cè)量。
? 必須對(duì)船體和承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，以確保適當(dāng)?shù)膭傂院吞幚硭钁?yīng)力的能力
? 驅(qū)動(dòng)軸和螺旋槳的扭矩和功率測(cè)量
土木工程應(yīng)變片應(yīng)用
大多數(shù)土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命為 100 年。但這需要定期測(cè)試，因?yàn)榇蠖鄶?shù)故障發(fā)生在結(jié)構(gòu)壽命的后期。如今，許多結(jié)構(gòu)從一開(kāi)始就裝有應(yīng)變計(jì)和其他傳感器。
應(yīng)變計(jì)可應(yīng)用于混凝土墻和基礎(chǔ)的外部。但它們也可以嵌入這些相同的結(jié)構(gòu)內(nèi)，并且電線通過(guò)特殊的管子引出。在這種情況下，可以通過(guò)連接外部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的應(yīng)變。
應(yīng)變、應(yīng)力、負(fù)載和力測(cè)量通常在關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，包括：
? 建筑物，特別是公共建筑、醫(yī)院、摩天大樓等。
? 道路，尤其是交通繁忙的道路、高速公路等。
? 橋梁 - 鋼梁、混凝土基礎(chǔ)、電纜、節(jié)點(diǎn)板和桁架必須定期進(jìn)行測(cè)試。使用橋梁對(duì)車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試。移動(dòng)元件（例如吊橋）在升高和降低操作過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)試。
? 立交橋和人行道
? 水壩——想象一下它們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)要承受的巨大壓力，基本上是永遠(yuǎn)承受的。還可以想象一下，如果大壩潰壩，后果會(huì)多么可怕。
? 海上石油鉆井平臺(tái)，包括它們所在的海床
? 機(jī)場(chǎng)滑行道
? 落石測(cè)試 - 沿山路使用鋼網(wǎng)，以防止巖石落下，威脅駕駛員和道路本身。應(yīng)變計(jì)用于測(cè)試這些鋼網(wǎng)的承載能力。
? 結(jié)構(gòu)和材料的殘余應(yīng)力測(cè)試
磨削是殘余應(yīng)力的可能原因之一
這似乎違反直覺(jué)，但即使沒(méi)有施加任何外力，結(jié)構(gòu)和材料內(nèi)部也可能存在應(yīng)力。這稱(chēng)為“殘余應(yīng)力”。
這是什么原因造成的？殘余應(yīng)力是一種或多種制造工藝的副產(chǎn)品，包括焊接、機(jī)械加工、熱處理、磨削等。測(cè)試結(jié)構(gòu)或材料的殘余應(yīng)力是確保其能夠承受其在使用壽命期間所經(jīng)歷的負(fù)載的最佳方法。
從曲軸到橋眼桿和電纜，對(duì)各種結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。殘余應(yīng)力的測(cè)試方法有光學(xué)法和X射線衍射法。盡管如此，最流行的方法仍然是在材料上鉆孔并在周?chē)砻嫔习惭b應(yīng)變計(jì)。
醫(yī)療應(yīng)變片應(yīng)用
醫(yī)療和保健行業(yè)中有許多應(yīng)變計(jì)應(yīng)用。例如：
? 它們通常用于腎透析機(jī)和注射泵等醫(yī)療儀器中，以幫助監(jiān)測(cè)流體流速。
? 應(yīng)變計(jì)還用于患者稱(chēng)重和患者移位系統(tǒng)。
? CT 掃描儀和乳房 X 光檢查機(jī)中可以找到無(wú)線應(yīng)變計(jì)。
? 放射治療期間使用的患者定位系統(tǒng)
? 在物理治療應(yīng)用中，基于應(yīng)變計(jì)的力傳感器用于測(cè)量關(guān)節(jié)（肩膀、臀部、膝蓋等）上的力。
? 力反饋拐杖通過(guò)檢測(cè)拐杖承受的重量來(lái)幫助接受骨科治療的患者
機(jī)器人吸塵器使用應(yīng)變計(jì)作為傳感器
您可能沒(méi)有意識(shí)到，應(yīng)變計(jì)就在您的房子周?chē)Ｄ脑∈页觾?nèi)部有多個(gè)傳感器，配置為稱(chēng)重傳感器。當(dāng)您踏上體重秤時(shí)，會(huì)對(duì)體重秤施加壓力，從而將其轉(zhuǎn)換為以公斤或磅為單位的體重測(cè)量值。
游戲控制器也使用基于應(yīng)變計(jì)的力傳感器，就像冰箱等一些家用電器一樣。越來(lái)越多的家用電器“聯(lián)網(wǎng)”的趨勢(shì)正在推動(dòng)越來(lái)越多的傳感器進(jìn)入其中。機(jī)器人真空吸塵器是另一種常用應(yīng)變計(jì)的設(shè)備。
您可以看到應(yīng)變計(jì)在我們周?chē)鸁o(wú)處不在。它們不僅僅是科學(xué)家或工程師使用的抽象工具，而且存在于我們的家庭、電器、電話、游戲、汽車(chē)、我們工作的地方以及幾乎其他任何地方。它們測(cè)量的應(yīng)變及其伴隨的量（如應(yīng)力、重量、負(fù)載和力）對(duì)于測(cè)量世界各地每個(gè)主要行業(yè)的無(wú)數(shù)應(yīng)用至關(guān)重要。
? TORQUE-LINK-200 無(wú)線扭矩/應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)
? SG-LINK-200-OEM 嵌入式無(wú)線應(yīng)變/模擬傳感器
? SG-LINK-200 三通道無(wú)線應(yīng)變/模擬傳感器
? V-LINK-200 8 通道無(wú)線應(yīng)變/模擬傳感器節(jié)點(diǎn)
