應變計的案例
3D打印高靈敏度且能用在高溫下的應變計
若是要問稱重站、飛機和橋梁這三者有什么共同特點，有的人或許會答應變計，那么你是對的。這些可以說是簡單的裝置在測量物體上的拉力亦或是應變。當你把已經變形應用到伸展的應變儀上時，那么這個物體的阻力就會發生改變，這樣一來就會告訴你物體（比方說汽車、橋梁以及飛機機翼）正在進行多大的變形。在此之前已經知道了3D打印而成的傳感器和應變片，只不過來自卡耐基梅隆大學機械工程副教授帶領一個以研究員主組成的合作隊伍，他們已經找到了一種新的3D打印方法，不僅提高了它們的靈敏度而且還能把它們用在高溫地區。
任何地方都有機械系統的偏轉，你會看到應變計，這是很多地方！
該團隊開發的方法打破了所謂的泊松比，它描述了一種材料在另一個方向伸展時會收縮多少，約為40％。這個比例是對固體應變儀的靈敏度的限制，固體材料的最大泊松比約為0.5。
更多的收縮意味著更高的靈敏度，所以通過采用這種新的制造方法，我們可以獲得更加靈敏的應變計，在這種方法中，我們可以印刷材料的納米顆粒，并通過受控燒結來產生這種孔隙。
由傳統制造方法制成的應變計采取固體薄膜的形式。但是該團隊使用氣溶膠噴射3D打印技術來制造應變計，該應變計利用熱量來控制部分聚結的納米顆粒的燒結，從而形成多孔薄膜。當這種由于3D打印方法而含有許多微孔的薄膜被拉伸時，它可以比固體薄膜罐收縮更多。由于電影的孔隙率，我們看到一個有效的泊松比約為0.7，這意味著對于一個給定的電影變形，我們有大約40％的橫向收縮增加。這使得應變儀對測量更為敏感。
展開 高溫動態應變測試
高溫動靜態應變測量主要面臨以下的挑戰
一、高溫測量環境下，普通應變計不能區分哪些是期望得到的機械載荷變化產生的應變，哪些是測試材料隨溫度變化產生的膨脹，這種由于熱膨脹造成的應變讀數通常被稱為“視應變”或“熱應變”。
二、高溫測量環境下，應變計阻值隨溫度變化而變化，變化可能超過橋路的量程，將導致傳統惠斯通電橋無法平衡，從而無法進行測量。
三、高溫測量環境下，需使用特殊的高溫應變計，而且常規銅材質導線不能承受高溫，必須使用具有很高電阻的高溫導線，而高溫下導線電阻隨溫度變化而產生變化，常規測量方式會導致測量精度和線性度變差，影響測量結果。
四、高溫測量環境下，存在較大的靜電噪聲和電磁噪聲，而應變計處于非屏蔽工作環境，對各種干擾源比較敏感，常規方法測量會導致測量結果不可用。
針對以上問題，在高溫環境下的應變計測量，最佳方式是采用對稱恒流源激勵技術。
對稱恒流源激勵技術
對稱恒流源激勵技術是采用一對完全匹配的電流源作為應變片的激勵源，并使用一個差分放大器來測量應變計兩端的電壓值差，如圖1所示。從圖1中可以看出，它使用兩個匹配的電流源形成“推-拉”的結構，一個往應變計“灌入”電流，另一個從應變計“拉出”電流。這兩個匹配的電流源通過雙絞屏蔽電纜連接到輸入端并流過Rgage應變計。這種電路結構在物理和電子學方面都是對稱的，因此具有很強的共模噪聲抑制能力。另外，根據雙級功率源共地的特點，應變計的直流電壓是對稱的，與單端電流源方法相比，對稱設計具有兩倍的信號一致性范圍。在4線模式下，高輸入阻抗的應變計信號傳輸線±signal將差分放大器的輸入端直接連接到應變計兩端，由于差分放大器具有極高的輸入阻抗，應變計測量線上沒有電流流過，因此用于傳輸應變計激勵的導線中的電流并不會引起激勵電流的下降，應變計測量數據將不會受到影響。
展開 漢航VS08板卡--基于對稱恒流源激勵技術的高溫動靜態應變測量
針對以上問題，在高溫環境下的應變計測量，最佳方式是采用對稱恒流源激勵技術。
對稱恒流源激勵技術
對稱恒流源激勵技術是采用一對完全匹配的電流源作為應變片的激勵源，并使用一個差分放大器來測量應變計兩端的電壓值差，如圖1所示。從圖1中可以看出，它使用兩個匹配的電流源形成“推-拉”的結構，一個往應變計“灌入”電流，另一個從應變計“拉出”電流。這兩個匹配的電流源通過雙絞屏蔽電纜連接到輸入端并流過Rgage應變計。這種電路結構在物理和電子學方面都是對稱的，因此具有很強的共模噪聲抑制能力。另外，根據雙級功率源共地的特點，應變計的直流電壓是對稱的，與單端電流源方法相比，對稱設計具有兩倍的信號一致性范圍。在4線模式下，高輸入阻抗的應變計信號傳輸線±signal將差分放大器的輸入端直接連接到應變計兩端，由于差分放大器具有極高的輸入阻抗，因此應變計測量線上沒有電流流過，因此用于傳輸應變計激勵的導線中的電流并不會引起激勵電流的下降，應變計測量數據將不會受到影響。對動態測量，2/4-wire開關可以設置成2線方式，輸入可以是AC耦合，即只有應變計的動態波動被允許放大。由于差分放大器輸入是一對對稱平衡的差分信號，使得差分放大器具有極高的共模噪聲抑制能力，允許使用同一片應變計進行靜態和動態數據的測量。
展開 知識分享 | 如何粘貼應變片到螺栓中
2、準備應變片
下一步驟，從包裝中取出應變片。
用剪刀從卷軸上剪下一條大約20mm長的特氟龍線。用鑷子抓住漆包銅線處的應變計，將特氟龍線插入圓柱形應變計。將準備好的應變計放在干凈的表面上。
3、粘貼應變計
通過虎鉗固定螺栓。
注射器或移液管吸取粘合劑EP70 。EP70是一種易于使用的熱固化環氧樹脂粘合劑，特別適用于圓柱形應變計應用。在所有安裝步驟中，必須避免出現氣泡。
器中的粘合劑填充螺栓預鉆孔。為了減少氣泡，在插入粘接劑之前將注射器尖端放在鉆孔底部。當孔被填滿時，慢慢地拔出注射器，并填充使膠水和螺栓表面平齊。
用膠粘劑清潔墊片清潔螺栓表面。
將應變計插入螺釘的孔中。插入時注意不要使應變計被壓縮變形。圓柱形應變計和聚四氟乙烯電纜應位于孔底部。
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【JY】ETABS中剪力墻的彈塑性行為模擬和評價
3）分層殼可以輸出應力和應變，應綜合兩者的結果判斷結構行為。
合理的分層殼設置可以提升分析效率，也有助于解釋計算結果。
2. 評價指標
對于建筑結構行為的評價，通常著眼于兩個方面：強度和變形。建筑結構的抗震性能評估，是考察結構屈服后行為的發展，此時延性構件的承載力變化不大，但構件變形的變化很快。美標ASCE 41中對于延性構件的性能評估多是基于變形，對于脆性行為則是控制強度。
對于剪力墻，通過墻鉸、分層殼可以查看墻體的應力應變。除此之外，ETABS還提供了一些重要的性能檢測工具和指標：兩點應變計、四點應變計、墻肢和連梁的剪力校核，以下分別介紹。
圖2-1 定義兩點應變計
圖2-2 定義四點應變計
兩點應變計，用于量測兩點間的應變（U1、U2、U3）或轉角（R1、R2、R3）。應變計不僅可以量測應變，還可以將應變值與不同性能水準的應變限值進行比較，用來評估其變形，如圖2-1所示。例如，兩點應變計可用來評估墻肢邊緣的拉、壓狀態。
四點應變計，用于量測剪應變或轉角。將四點應變計指定給一個面對象，對于墻肢，可測量墻肢的水平剪應變和墻肢轉角；對于連梁，可測量連梁的垂直剪應變和連梁轉角，如圖2-2所示。
墻肢或連梁的剪力校核。ETABS“指定”菜單下的命令“指定墻肢力可接受準則”可以設定不同性能水準下對墻肢剪力限值。如圖2-3所示，對應IO、LS、CP，可以分別定義V2、V3的剪力限值（一般只需激活V2，即面內剪力）。同時，墻肢的剪力限值還可設置為與軸力相關。當墻肢處于某種軸力狀態時，其剪力限值等于已定義的可接受準則乘以剪力系數。
展開 知識分享 | 扭矩傳感器是如何工作的？
應變技術簡介
像許多其他類型的傳感器一樣， 扭矩傳感器采用應變技術進行測量。傳感器通常是一個金屬彈性體，其上面安裝有應變計（SG）。應變計牢固地黏貼在彈性體上。
如果外部載荷作用在傳感器上，測量體將產生變形，應變計的電阻也隨之改變。這樣，通過電阻的變化即可測量載荷大小。這不僅適用于扭矩傳感器，也適用于稱重傳感器、力傳感器和其他類型的傳感器。然而，扭矩傳感器有一些特殊性。
如果應變計被壓縮，其電阻(?) 減少；如果拉伸，電阻會增加。
扭矩傳感器的典型設計
和稱重傳感器或力傳感器不同，扭矩傳感器的測量體在使用時不會受到拉向載荷，而是受到杠桿力矩或扭矩的影響，產生扭轉。因此，扭矩傳感器需要采用特殊的應變計來測量這種類型的載荷，即扭矩。兩種典型的扭矩傳感器設計結構為軸式和法蘭。
測量體在負載下扭曲
軸式扭矩傳感器
軸式扭矩傳感器由測量軸組成，測量軸也可能是空心的。應變計安裝在軸上，有時安裝在中間的錐形部分上，具體取決于不同的型號，軸由殼體密封。軸或轉子可以移動或旋轉，而外殼或定子固定。這兩部分通過低摩擦、零游隙軸承相互連接。傳感器一般通過軸兩端的轂式聯軸器連接到測試結構或試驗臺上。這些聯軸器有各種形狀和尺寸。
軸式扭矩傳感器簡化示意圖
扭矩法蘭
測量法蘭的結構基本上與測量軸相似，但外觀完全不同。它們也由一個中空的軸組成，盡管這個軸非常短。法蘭位于軸的兩端。這樣可使傳感器能夠通過螺紋連接集成到結構或試驗臺中。測量法蘭包括轉子和定子。然而，與測量軸不同，轉子并非完全封閉在殼體中。因此，無需軸承總成。
展開 汽車碰撞傳感器原理剖析
5、碰撞傳感器工作原理之電阻應變計式碰撞傳感器
德國博世公司研制生產的電阻應變計式碰撞傳感器的結構如圖7┊所示，主要由電子電路4、電阻應變計5、震動塊6、緩沖介質7、和殼體3等組成。電子電路包括穩壓與溫度補償電路W、信號處理與放大電路A。應變計的電阻R?、R?、R?、R?制做在硅膜片8上，如圖7所示。當膜片產生變形時，應變電阻的阻值就會發生變化。為了提高傳感器的檢測精度，應變電阻一般都連接成橋式電路，并設計有穩壓和溫度補償電路，如圖7所示。
當汽車遭受碰撞時，震動塊震動，緩沖介質隨之震動，應變計的應變電阻產生變形，阻值隨之發生變化，經過信號處理與放大后，傳感器S端輸出的信號電壓就會發生變化。SRS電腦根據電壓信號強弱便可判斷碰撞的劣度（激烈程度）。如果電壓超過設定值，SRS電腦就會立即向點火器發出點火指令引爆點火劑，使充氣劑受熱分解產生氣體給氣囊充氣
6、碰撞傳感器工作原理之壓電效應式碰撞傳感器
壓電效應式碰撞傳感器是利用壓電效應制成的傳感器。壓電效應是指壓電晶體在壓力作用下，晶體外形發生變化而使其輸出電壓發生變化的效應。壓電晶體通常用石英或陶瓷制成。在壓力作用下，壓電晶體的外形和輸出電壓就會發生變化。
當汽車遭受碰撞時，傳感器內的壓電晶體在碰撞產生的壓力作用下，輸出電壓就會變化。SRS電腦根據電壓信號強弱便可判斷碰撞的烈度。
展開 壓力儀表內部結構原理動畫及優缺點
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應變式壓力傳感器
應變式壓力傳感器是壓力傳感器中應用比較多的一種傳感器，它一般用于測量較大的壓力，廣泛應用于測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和導彈試驗中的脈動壓力，以及各種領域中的流體壓力等。
特點：
應變計中應用最多的是粘貼式應變計(即應變片)。它的主要缺點是輸出信號小、線性范圍窄,而且動態響應較差(見電阻應變計、半導體應變計)。但由于應變片的 體積小,商品化的應變片有多種規格可供選擇，而且可以靈活設計彈性敏感元件的形式以適應各種應用場合，所以用應變片制造的應變式壓力傳感器仍有廣泛的應 用。按彈性敏感元件結構的不同,應變式壓力傳感器大致可分為應變管式、膜片式、應變梁式和組合式4種。
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彈簧管式壓力儀表
彈簧管式壓力表的工作原理是：在表殼里裝有一個用磷銅制成的橢圓形彈簧管，管的一端固定并與存水彎管相連接，另一端封閉與連桿和杠桿連接，指針固定在小齒輪 軸上。
展開 金工聊測量 | 如何選擇旋轉扭矩傳感器（下）
HBM通常推薦交流應變計調理，因為它比直流應變計調理更能抵抗噪聲。它最大限度地減少直流因熱或1F噪聲源可能造成的誤差。
動態應用注意事項
先進的扭矩傳感器設計為具有扭轉剛度和較高頻率的響應時間。這使最終用戶具有更大的動態扭矩測量能力。
圖14顯示了測功機測得的柴油機扭矩，測功機配有在線扭矩傳感器、桿臂和測力傳感器。如果振蕩扭矩的頻率高于測功機的固有頻率，則桿臂配置可作為機械低通濾波器，通常在20Hz左右。
在這個信號圖中，桿臂測力傳感器（藍色）發出一個經過過濾的平均扭矩信號；然而，在線扭矩傳感器（紅色）發出更具有動態性的扭矩信號——這是旋轉扭矩傳感器的優點：其測量或信號更具有動態性。
當軸開始自旋時，會產生許多影響扭矩傳感器及其正確讀取扭矩的能力的效應。動態應用注意事項應包括旋轉效應、臨界速度和額外負載。
圖14 測功機上測得的柴油機扭矩
旋轉效應
旋轉效應會影響扭矩傳感器的輸出。一種類型的旋轉效應是風阻或對僅在空氣中自旋的扭矩傳感器的影響。另一種類型包括自旋傳感器上的實際力，比如自旋如何影響應變計、導線和電子裝置。轉速越高，對扭矩傳感器的影響越大。雖然這些影響不大，但仍可在扭矩傳感器輸出信號上看到。
不幸的是，大多數數據表上均不列出旋轉效應。
展開 2025粵港澳大灣區（廣州）邊坡與基坑檢測展覽會
破振動儀、讀數顯微鏡、裂縫檢測儀、裂縫測寬儀、預應力檢測儀、動態應變采集設備、全站儀、變形計、水準儀、加速度計、拾振器、頻率讀數計、錨桿質量檢測儀、錨桿拉拔計、周邊收斂儀、碳化深度測量裝置、拉線式位移傳感器、北斗衛星定位系統GNSS、邊坡表面變形北斗監測系統\導輪式固定測斜儀、孔隙水壓計、拉線式位移計、溫濕度傳感器、雨量計、錨索計等監測設備
3.基坑監測展區：基坑自動化監測系統：應變計、軸力計、鋼筋計、深層水平位移監測、加速度計、智能溫濕度計、陣列位移計、地下水位監測、孔隙水壓計、位移監測、全自動機器人、支護樁（墻）、邊坡頂部豎向、靜力水準儀、全自動機器人、裂縫計、水位計、水壓計、錨索計、荷載計、水準儀、表貼式應變計、單點位移計、埋入式應變計、微型測斜以、通道采集儀等
4.地質檢測及超前預報：全方位邊坡穩定監測雷達系統 、地質崩滑報警雷達系統、地質雷達、地質探測儀、TSP地震探測儀、地質超前預報系統等；
展開 國高材分享 | 如何準確獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線
在應變速率0.001/s至1000/s區間內，要獲得不同數量級下的應力-應變曲線，需要不同的測試設備，即準靜態萬能材料試驗機和高速拉伸試驗機。準靜態萬能材料試驗機可滿足應變速率0.001/s至10/s（準靜態拉伸應變速率）下的測試，高速拉伸試驗機可滿足應變速率10/s至1000/s（高速拉伸應變速率）下的測試。
所以，“如何獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線”這一問題，可轉化成“如何將兩套工作原理不同的測試設備測得的結果完美且可靠地整合在一起”。回答此問題，需要從以下四個方面進行設計。
（一）試樣設計
試樣幾何尺寸不一樣，尤其是試樣的平行部長寬不一樣，即使是同一臺測試設備，獲得的測試結果也會不一樣。因此在不同的測試設備上進行測試，試樣的平行部長寬必須一致。
我們知道高速拉伸試驗機具有其倔強性（局限性），所以試樣的設計只能以高速拉伸試樣為基準，設計準靜態拉伸試樣，讓準靜態試驗機的試樣遷就高速拉伸試驗機的試樣，沒有其他選擇。準靜態拉伸試樣的平行部長寬與高速拉伸試樣的平行部長寬一致，只是試樣個子（總長）高些。
（二）應變測量
在常規拉伸試驗中，應變測量設備一般有機械接觸式引伸計、激光引伸計、光學應變測量系統等。既能用于準靜態拉伸測試又能用于高速拉伸測試，當屬激光引伸計和光學應變測量系統。論測量信息的豐富度，似乎光學應變測量系統又要勝一籌。為了獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間可靠的應力-應變曲線的一方-應變,暫且選用光學應變測量系統作為應變的測量設備。
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冬奧幕后 | 這些未展示的「黑科技」，其實更好嗑
03
為什么選擇HBK應變計？它們的用途是什么？
Bontaz：HBK與法國滑雪聯合會（FFS）在很早就開始合作對
推送把手
進行優化了，以便找到在比賽開始時就領先對手的最佳技術，因為對于雪橇來說，推送大約占據
最終性能的1/3
（除駕駛和長橇外），必須解決的復雜性是——如何同時協調4名推送員。因為有三種不同類型的手柄，每一種都有其特殊性：例如跟隨杠桿臂的彎曲的
先導手柄
，在軸上扭轉與雪橇體相連的
側手柄
，以及觀察材料壓縮情況的兩個
后手柄
。應變計是所有這些測量的理想工具。應變計安裝很容易，因為所有手柄系統都采用可拆卸設計，在Astrym的支持下，使用測功機在Bontaz場地進行校準。通過
Catman軟件
，可以圖形化地表示每個手柄所經歷的過程，并將其與視頻關聯起來，以改進運動員的技術。
04
項目進展得如何？可以得出什么結論？
Bontaz：除了雪橇外，Bontaz還提供了
“車輪”套件
，供運動員夏季訓練時使用；該設備盡可能與實際比賽中使用的設備相匹配。例如，手柄與雪橇上的手柄相同，以及與跑道的高度相同，因此它們可以輕松地在不同季節之間轉換。此前，他們使用的是一輛無法駕駛的加重車，車把手呈簡單的管子形狀。而現在所有四名運動員都可以登入，對每一個推步進行改進。在訓練過程中，通過中央采集系統進行記錄了，并在修改推壓技術（水平或有角度、雙手緊握或攤開）的同時進行了拍攝。晚上，工作人員對整個過程進行了分析，看看哪些有效，哪些無效，以避免在比賽中減慢雪橇的速度。
05
這為運動員帶來了什么？
Bontaz：由于配備了新設備，雪橇運動員不得不重新考慮他們的訓練方法，通過信息收集和分析，這使我們能夠確定運動員
在哪個位置
表現更好
。
展開 霍家知識庫 | 如何對應變片進行溫度補償？
用應變計測量：如何消除不必要的溫度影響
使用應變片進行測量時，溫度變化可能會對測量結果產生不良影響。幸運的是，有許多選擇。通過使用半橋或全橋惠斯通電橋電路，或通過選擇適合的應變片或進行計算，最大程度來消除溫度對測量結果產生的影響。
箔式應變片的溫度范圍受到使用的材料限制。最大溫度范圍約為300°C至400°C。如果必須在較高的溫度下進行測量，則必須使用使用不同原理的高溫應變片。HBM應變計溫度范圍為：
預制引線應變片：150°C
Y + G系列：200°C
C系列：250°C
M系列：300°C
當然，您使用的粘合劑的溫度限制也必須遵守。如果溫度升高時粘合劑變軟，則無法準確地傳遞應變。因此必須了解粘合劑的溫度限制。粘合劑分為冷固化和熱固化兩種：這取決于室溫下固化是否足夠，是否需要烤箱。
展開 國產高精度運算放大器替換ADI的AD8551、AD8552、AD8628、OP07等型號
MS855x系列的低失調電壓和偏置電流使其成為溫度、位置和壓力傳感器，以及醫療設備和應變計的信號放大器的很好的選擇，額定工作范圍為-40℃到125℃。
芯片兼容性：
MS8551 pin對pin 替換ADI AD8551
MS8552 pin對pin 替換ADI AD8552
芯片特征：
1、低失調電壓：4UV(TYP)
2、軌到軌的輸入輸出擺幅
3、單電源2.5V到5.5V的工作范圍
4、電壓增益：145dB(TYP)(工作電壓5V)
5、電源抑制比：110dB(TYP)
6、共模抑制比：105dB(TYP)
7、極低輸入偏置電流：10pA
8、低的工作電流：930uA(TYP)
9、過載恢復時間：60us(工作電壓5V)
10、無需額外的外部電容
11、 封裝形式SOP8
高精度運算放大器 - MS8628均為輸出幅度軌到軌、寬帶寬、低噪聲、自穩零放大器，具有超低失調、漂移和偏置電流特性。它采用1.8V至5V單電源(±0.9V至±2.5V雙電源)供電。具有以前昂貴的自穩零或斬波放大器才具有的特性優勢，此外，還大大降低了大多數斬波穩定放大器存在的數字開關噪聲。MS8628超低的失調電壓、失調電壓漂移和噪聲使得器件在工作溫度范圍內的漂移接近零，對位置和壓力傳感器、醫療設備以及應變計放大器應用極為有利。許多系統都可以利用 MS8628提供軌到軌輸入和輸出擺幅能力，以降低輸入偏置復雜度，并使信噪比達到MS8628的額定溫度范圍為-40℃至125℃擴展工業溫度范圍。
展開 2 單軸應變壽命疲勞分析（第一部分）
2.單軸應變壽命疲勞分析
2.1 簡介
在第一章中展示了：疲勞裂紋通常是由孔和圓角等幾何形狀引起的應力集中造成的。局部應力應變疲勞分析假定，小裂紋萌生前的壽命由應力集中部位小體積材料中產生的應力和應變序列決定。因此，如果在相同材料的光滑試樣上再現相同的應力
-
應變序列，將獲得相同的疲勞壽命。
盡管許多工程部件的設計使其在正常工作載荷下的應力和應變低于彈性極限，但在局部應力集中時可能發生屈服，如果疲勞裂紋要萌生，情況必然是如此的。應變壽命分析的應用要求描述材料對循環彈塑性應變的響應，以及這些應變與疲勞壽命之間的關系。本章描述了應變-壽命方程，說明了如何從局部應變序列計算疲勞壽命，并說明了如何使用應力集中系數計算含缺口部件的疲勞壽命。這種疲勞分析方法被稱為局部應變壽命、局部應力應變或危險位置分析。
局部應變壽命法對于實際的疲勞研究很有吸引力，在疲勞研究中，可以使用應變計測量應變。有限元模型也給出了模型中每個位置的局部應力和應變，因此局部應變壽命法非常適合于使用有限元模型進行疲勞設計。
關鍵位置的應力和應變稱為局部應力（σ）和局部應變（ε）。遠離缺口且不受其影響的應力和應變為名義應力（S）和名義應變（e）。
圖2.1基于真實局部應力應變再現的疲勞壽命
2.2 真實應力和應變
當圓柱形試樣受到拉伸時，其長度增加，直徑減小。
圖2.2工程和真實應力應變
工程應力是施加的荷載除以原始橫截面積。
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