應變（和應力）的測量對於(yu) 產(chan) 品設計和公共安全都至關(guan) 重要。所有主要行業(ye) 都進行了無數的應變計測量，包括航空航天、汽車、製造、土木工程等。應變計出現在意想不到的地方，甚至在我們(men) 的家中。在本文中，我們(men) 將概述最常見和最重要的應變計（又名“應變片”）應用。
應變片傳(chuan) 感器
• 工業(ye) 應變計應用
• 航空航天應變計應用
• 汽車應變計應用
• 鐵路應變計應用
• 海事應變計應用
• 土木工程應變計應用
• 醫療和保健應變計應用
• 家用應變計應用
應變計是測量應變的傳(chuan) 感器。開爾文勳爵在幾個(ge) 世紀前就發現，當電線被拉伸或壓縮時，其電阻會(hui) 發生變化。今天的應變計隻是一個(ge) 以之字形排列並安裝到柔性箔背襯材料上的電導體(ti) 。
量具直接粘合（粘合）到被測物體(ti) 上。當物體(ti) 彎曲時，它會(hui) 輸出與(yu) 應變量成比例的電阻變化。每個(ge) 應變計僅(jin) 感測一個(ge) 方向的應變，因此通常使用多個(ge) 應變計，每個(ge) 應變計麵向不同的方向，以便捕獲多個(ge) 方向的彎曲。
典型箔式應變計
應變計的輸出被路由到專(zhuan) 門的信號調節器，為(wei) 其供電，在每次測試之前提供“平衡”控製，並將其小電壓輸出放大到更適合數字化的電壓。 DAQ 係統將調節後的信號數字化，將其顯示在屏幕上，並將其記錄到磁盤上。
設計用於(yu) 處理應變計的數據采集係統通常具有至少八個(ge) 通道，有時在大規模測試應用中具有數百個(ge) 通道。本文稍後將詳細介紹這一點。
我們(men) 需要知道結構彎曲的程度和時間，以便確保它在實際條件下正常工作。這是產(chan) 品測試的基本要求，不僅(jin) 對於(yu) 產(chan) 品可靠性至關(guan) 重要，而且對於(yu) 公共安全也至關(guan) 重要。應變計也是負載、力和壓力傳(chuan) 感器的核心，例如稱重傳(chuan) 感器和力傳(chuan) 感器。
應變計的正確應用，即將其物理粘合或粘合到表麵，對於(yu) 獲得良好的測量結果至關(guan) 重要。關(guan) 於(yu) 這個(ge) 主題已經寫(xie) 了整本書(shu) 。
工業(ye) 生產(chan) 線
• 高速公路上的卡車稱重係統
• 製造環境中的稱重係統
• 將內(nei) 容物倒入卡車或火車車廂的筒倉(cang) 使用筒倉(cang) 本身基於(yu) 應變計的傳(chuan) 感器來測量內(nei) 容物的重量
• 破碎機使用應變計來檢測應力峰值，如果在機器損壞之前發生堵塞，則關(guan) 閉機器
• 重量相同的物品，如螺釘、釘子等，通常按重量計算。它們(men) 被裝入料鬥中，料鬥稱重並將總重量除以物品的單位重量，以計算數量。
• 發電廠、煉油廠、風機、渦輪機等各種驅動軸的扭矩和功率測量。
• 測量風力渦輪機葉片、機艙和塔架本身的應力。
• 軸和其他旋轉設備的扭矩測量測試
• 非常小的應變計用於(yu) 測量印刷電路板上的應力
• 鑄造件和焊接件的殘餘(yu) 應力測試
• 應變計用於(yu) 測試核電站的關(guan) 鍵閥門
• 傳(chuan) 送帶和傳(chuan) 送軌道係統監控。
• 造紙廠適當的張緊對於(yu) 紙張生產(chan) 和最大限度地減少停機時間和生產(chan) 損失至關(guan) 重要
• 印刷機使用應變計係統來確保紙張對齊
飛機機翼
當然，飛機必須盡可能安全。在開發和認證過程中需要嚴(yan) 格的測試。飛機還定期進行測試，以確保其結構完好。
當談到飛行安全時，人們(men) 首先想到的是發動機，但還有許多其他部件也必須日複一日地完美運行。其中包括允許飛行員在三個(ge) 維度上駕駛飛機的襟翼等控製麵以及控製起落架等部件的執行器。
飛機上的每個(ge) 承重結構都必須進行應力和應變測試，包括：
• 機翼——就像高層建築和橋梁在受到外力作用時會(hui) 彎曲一樣，飛機機翼也被設計成彎曲的。應變計測試可確保機翼彎曲度符合關(guan) 鍵規格。
• 機身應力和應變是由機械力和外部和內(nei) 部壓力的變化引起的。
• 發動機支架等關(guan) 鍵結構經過測試，以確保避免出現嚴(yan) 重故障。
• 風扇、渦輪機等旋轉/旋轉部件的扭矩和功率測量。
• 測試用於(yu) 移動襟翼等控製麵、展開起落架等的執行器。
汽車應變儀(yi) 碰撞
每種車輛在開發過程中都會(hui) 經過廣泛的測試。這包括汽車、卡車、公共汽車和摩托車。
• 車身麵板通常配備有數十個(ge) 應變計。這使得工程師能夠看到麵板在各種路況、不同速度和不同行駛路麵上的移動情況
• 懸架係統在車輛運行過程中承受恒定的動態和靜態負載，並經過測試以確保它們(men) 根據設計標準承受這些負載
• 碰撞測試期間的保險杠和潰縮區測試除了加速度計和高速攝像頭之外還涉及應變計
• 驅動軸上的扭矩和功率測量
• 碰撞測試假人配備了應變計和其他傳(chuan) 感器，用於(yu) 在各種標準化安全測試期間測量車輛乘員所受的力
• 應變計用於(yu) 乘客座椅以確定座椅是否被占用。這決(jue) 定了在發生事故時該座椅的安全氣囊是否應該展開。如果座椅上有兒(er) 童（而不是較重的成人），它們(men) 還可用於(yu) 以較低的速度展開安全氣囊。
軌道測試輸出示例
不僅(jin) 要檢查火車，還要檢查鐵軌本身，因為(wei) 當重型火車高速駛過時，鐵軌會(hui) 承受很大的壓力。軌道還受到由於(yu) 其下方的土體(ti) 移動而產(chan) 生的應力和應變，這可能是由構造活動、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撞到受損或失準的軌道部分，後果將是毀滅性的。火車軌道是分段建造的，它們(men) 之間故意留有稱為(wei) “伸縮縫”的間隙。這些間隙允許軌道在各種環境溫度下膨脹和收縮。熱和應變傳(chuan) 感器通常安裝在這些伸縮縫上，並連接到警告係統，如果某段軌道經曆了極端狀況，該係統會(hui) 向列車操作員發出警報。
火車本身也是應變和壓力測試的對象。基本上，任何大型機械結構都需要進行一係列測試以確保其本質安全，尤其是涉及公共安全的結構。這適用於(yu) 貨運和通勤鐵路係統。
從(cong) 列車車體(ti) 本身到下麵的“卡車”，以及移動部件，例如升起以連接接觸網電力線的受電弓，或延伸以與(yu) 第三軌電力係統接觸的下麵的靴子，都受到應變計測試。
海事應變計應用
無論是湖上的小船，還是載有5000名水兵的航母，都得經受考驗。
潛艇機身應力和應變測試 - 想象一下船體(ti) 在不斷增加的深度所承受的壓力。船隻和船體(ti) 也需要進行測試，以確保它們(men) 能夠承受海浪衝(chong) 擊的應力並保持結構完好。
還測試了螺旋槳，以及驅動軸和推進係統中其他旋轉部件的應力、應變和扭矩測量。
• 必須對船體(ti) 和承重結構進行測試，以確保適當的剛性和處理所需應力的能力
• 驅動軸和螺旋槳的扭矩和功率測量
土木工程應變片應用
大多數土木工程結構的設計使用壽命為(wei) 100 年。但這需要定期測試，因為(wei) 大多數故障發生在結構壽命的後期。如今，許多結構從(cong) 一開始就裝有應變計和其他傳(chuan) 感器。
應變計可應用於(yu) 混凝土牆和基礎的外部。但它們(men) 也可以嵌入這些相同的結構內(nei) ，並且電線通過特殊的管子引出。在這種情況下，可以通過連接外部數據采集係統來實時監測混凝土內(nei) 部的應變。
應變、應力、負載和力測量通常在關(guan) 鍵承重結構上進行，包括：
• 建築物，特別是公共建築、醫院、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、電纜、節點板和桁架必須定期進行測試。使用橋梁對車輛進行動態負載測試。移動元件（例如吊橋）在升高和降低操作過程中進行應力和應變測試。
• 立交橋和人行道
• 水壩——想象一下它們(men) 設計時要承受的巨大壓力，基本上是永遠承受的。還可以想象一下，如果大壩潰壩，後果會(hui) 多麽(me) 可怕。
• 海上石油鑽井平台，包括它們(men) 所在的海床
• 機場滑行道
• 落石測試 - 沿山路使用鋼網，以防止岩石落下，威脅駕駛員和道路本身。應變計用於(yu) 測試這些鋼網的承載能力。
• 結構和材料的殘餘(yu) 應力測試
磨削是殘餘(yu) 應力的可能原因之一
這似乎違反直覺，但即使沒有施加任何外力，結構和材料內(nei) 部也可能存在應力。這稱為(wei) “殘餘(yu) 應力”。
這是什麽(me) 原因造成的？殘餘(yu) 應力是一種或多種製造工藝的副產(chan) 品，包括焊接、機械加工、熱處理、磨削等。測試結構或材料的殘餘(yu) 應力是確保其能夠承受其在使用壽命期間所經曆的負載的最佳方法。
從(cong) 曲軸到橋眼杆和電纜，對各種結構和材料進行殘餘(yu) 應力測試。殘餘(yu) 應力的測試方法有光學法和X射線衍射法。盡管如此，最流行的方法仍然是在材料上鑽孔並在周圍表麵上安裝應變計。
醫療應變片應用
醫療和保健行業(ye) 中有許多應變計應用。例如：
• 它們(men) 通常用於(yu) 腎透析機和注射泵等醫療儀(yi) 器中，以幫助監測流體(ti) 流速。
• 應變計還用於(yu) 患者稱重和患者移位係統。
• CT 掃描儀(yi) 和乳房 X 光檢查機中可以找到無線應變計。
• 放射治療期間使用的患者定位係統
• 在物理治療應用中，基於(yu) 應變計的力傳(chuan) 感器用於(yu) 測量關(guan) 節（肩膀、臀部、膝蓋等）上的力。
• 力反饋拐杖通過檢測拐杖承受的重量來幫助接受骨科治療的患者
機器人吸塵器使用應變計作為(wei) 傳(chuan) 感器
您可能沒有意識到，應變計就在您的房子周圍。您的浴室秤內(nei) 部有多個(ge) 傳(chuan) 感器，配置為(wei) 稱重傳(chuan) 感器。當您踏上體(ti) 重秤時，會(hui) 對體(ti) 重秤施加壓力，從(cong) 而將其轉換為(wei) 以公斤或磅為(wei) 單位的體(ti) 重測量值。
遊戲控製器也使用基於(yu) 應變計的力傳(chuan) 感器，就像冰箱等一些家用電器一樣。越來越多的家用電器“聯網”的趨勢正在推動越來越多的傳(chuan) 感器進入其中。機器人真空吸塵器是另一種常用應變計的設備。
您可以看到應變計在我們(men) 周圍無處不在。它們(men) 不僅(jin) 僅(jin) 是科學家或工程師使用的抽象工具，而且存在於(yu) 我們(men) 的家庭、電器、電話、遊戲、汽車、我們(men) 工作的地方以及幾乎其他任何地方。它們(men) 測量的應變及其伴隨的量（如應力、重量、負載和力）對於(yu) 測量世界各地每個(ge) 主要行業(ye) 的無數應用至關(guan) 重要。
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