可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬應(yīng)變片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及傳感器領(lǐng)域，尤其是一種金屬應(yīng)變片。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲在受到應(yīng)變作用時(shí)，其電 阻隨著所發(fā)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變效應(yīng)的理論公 式如下：
[0003]
(1)
[0004] 其中R是其電阻值，P是金屬材料電阻率，L是金屬材料長(zhǎng)度，S為金屬材料截面 積。金屬絲在承受應(yīng)變而發(fā)生機(jī)械變形的過程中，P、L、S三者都要發(fā)生變化，從而必然會(huì) 引起金屬材料電阻值的變化。當(dāng)金屬材料被拉伸時(shí)，長(zhǎng)度增加，截面積減小，電阻值增加；當(dāng) 受壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測(cè)出電阻值的變化，便可知金 屬絲的應(yīng)變情況。由式（1)和材料力學(xué)等相關(guān)知識(shí)可導(dǎo)出金屬材料電阻變化率公式
[0005]
(2)
[0006] 其中A R為電阻變動(dòng)量，A L為金屬材料在拉力或者壓力作用方向上長(zhǎng)度的變化 量，e為同一方向上的應(yīng)變常常稱為軸向應(yīng)變，K為金屬材料應(yīng)變靈敏度系數(shù)。
[0007] 在實(shí)際應(yīng)用中，將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在傳感器彈性元件或被測(cè)機(jī)械零件的表 面。當(dāng)傳感器中的彈性元件或被測(cè)機(jī)械零件受作用力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，粘貼在其上的應(yīng)變片也 隨之發(fā)生相同的機(jī)械變形，引起應(yīng)變片電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。這時(shí)，電阻應(yīng)變片便將力學(xué)量 轉(zhuǎn)換為電阻的變化量輸出。
[0008] 但是有時(shí)我們也需要了解工件應(yīng)變的偏導(dǎo)數(shù)，比如下面有三種場(chǎng)合，但不限于此 三，需要用到工件表面應(yīng)變偏導(dǎo)數(shù)：
[0009] 第一，由于工件形狀突變處附近會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變集中，往往成為工件首先出現(xiàn)損壞之 處，監(jiān)測(cè)形狀突變處附近的應(yīng)變偏導(dǎo)數(shù)，可直觀的獲取該處應(yīng)變集中程度。
[0010] 第二，建筑、橋梁、機(jī)械設(shè)備中受彎件大量存在，材料力學(xué)有關(guān)知識(shí)告訴我們，彎曲 梁表面軸向應(yīng)變與截面彎矩成正比，截面彎矩的軸向偏導(dǎo)數(shù)與截面剪應(yīng)變成正比，也就是 可以通過表面軸向應(yīng)變的軸向偏導(dǎo)數(shù)獲知截面剪應(yīng)變，而該剪應(yīng)變無法用應(yīng)變片在工件表 面直接測(cè)量到；
[0011] 第三，應(yīng)用彈性力學(xué)研究工件應(yīng)變時(shí)，內(nèi)部應(yīng)變決定于偏微分方程，方程求解需要 邊界條件，而工件表面應(yīng)變偏導(dǎo)數(shù)就是邊界條件之一，這是一般應(yīng)變片無法提供的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了克服已有金屬應(yīng)變片無法檢測(cè)應(yīng)變偏導(dǎo)的不足，本實(shí)用新型提供一種既能測(cè) 量應(yīng)變更能有效檢測(cè)表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵 叉指型金屬應(yīng)變片。
[0013] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0014] -種可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬應(yīng)變片，包括基 底，所述金屬應(yīng)變片還包括兩個(gè)敏感柵，分別為下敏感柵和上敏感柵，每個(gè)敏感柵的兩端分 別連接一根引出線，所述基底上固定所述兩個(gè)敏感柵；
[0015] 每一敏感柵包括敏感段和過渡段，所述敏感段的兩端為過渡段，所述敏感段呈細(xì) 長(zhǎng)條形，所述過渡段呈粗短形，所述敏感段的電阻遠(yuǎn)大于所述過渡段的電阻，相同應(yīng)變狀態(tài) 下所述敏感段的電阻變化值遠(yuǎn)大于所述過渡段的電阻變化值，所述過渡段的電阻變化值接 近于〇;
[0016] 每個(gè)敏感段的所有橫截面形心構(gòu)成敏感段軸線，該敏感段軸線為一條直線段，各 敏感段的軸線平行并且位于同一平面中，敏感段軸線所確定平面內(nèi)，沿所述敏感段軸線方 向即軸向，與軸向垂直的方向?yàn)闄M向；每個(gè)敏感段的所有橫截面形狀尺寸一致；取每個(gè)敏 感段的軸線中點(diǎn)位置并以該敏感段電阻值為名義質(zhì)量構(gòu)成所在敏感段的名義質(zhì)點(diǎn)，各個(gè)敏 感段的名義質(zhì)點(diǎn)共同形成的質(zhì)心位置為敏感柵的中心；
[0017] 兩個(gè)敏感柵的敏感段總電阻一致，所述兩個(gè)敏感柵在相同的應(yīng)變下敏感段的總電 阻變化值一致，兩個(gè)敏感柵之中心位于一條直線上，該一條直線垂直于兩個(gè)敏感柵任何一 條敏感段軸線，兩個(gè)敏感柵沿此直線方向從上至下分別稱為上敏感柵和下敏感柵；各敏感 段軸線所確定平面上，上敏感柵與下敏感柵之間呈叉指布置；
[0018] 兩個(gè)敏感柵中心在軸向上無偏差，在橫向上有偏差，上敏感柵中心與下敏感柵中 心的距離為Ay。
[0019] 本實(shí)用新型中，兩個(gè)敏感柵之中心連線應(yīng)與兩個(gè)敏感柵任何一條敏感段軸線方向 垂直，為此稱兩個(gè)敏感柵具有橫向偏差。兩個(gè)敏感柵之中心的距離為A y，或者說橫向偏差 為Ay。Ay-般小于甚至遠(yuǎn)小于各敏感段的長(zhǎng)度。所述叉指布置是指：兩敏感柵的各敏感 段軸線所在平面上，在與敏感段軸線垂直方向上兩敏感柵的敏感段錯(cuò)落分布。對(duì)在該方向 上兩敏感柵之敏感段分別出現(xiàn)的次序和次數(shù)不做限制。利用金屬材料電阻變化值與應(yīng)變之 間的線性關(guān)系，一方面，像普通應(yīng)變片那樣可以用于測(cè)量應(yīng)變；另一方面，兩敏感柵的電阻 差與兩個(gè)敏感柵之中心的距離之比反映了應(yīng)變的橫向偏導(dǎo)。
[0020] 在工藝上應(yīng)注意保持各敏感柵過渡段總電阻以及過渡段電阻在外部應(yīng)變下之變 化量一致以調(diào)高測(cè)量精度，如果過渡段的電阻以及應(yīng)變下電阻變化量不可忽略，也能作為 系統(tǒng)誤差在檢測(cè)時(shí)加以消除。
[0021 ] 進(jìn)一步，所述金屬應(yīng)變片還包括蓋片，所述蓋片覆蓋于所述敏感柵和基底上。
[0022] 再進(jìn)一步，所述敏感柵為絲式、箱式、薄膜式或厚膜式敏感柵。
[0023] 更進(jìn)一步，所述基底為膠膜基底、玻璃纖維基底、石棉基底、金屬基底或臨時(shí)基底。
[0024] 所述兩個(gè)敏感柵上下布置在基底上。當(dāng)然，也可以為其他的布置方式。
[0025] 本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：不僅能測(cè)量工件表面應(yīng)變，更能有效檢測(cè)表 面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)數(shù)。
【附圖說明】
[0026] 圖1是可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬應(yīng)變片的示意 圖。
[0027] 圖2是可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬應(yīng)變片俯視圖。
[0028] 圖3是測(cè)量電橋示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0030] 參照?qǐng)D1~圖3, 一種可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬 應(yīng)變片，包括基底，所述金屬應(yīng)變片還包括兩個(gè)敏感柵，分別為下敏感柵和上敏感柵，每個(gè) 敏感柵的兩端分別連接一根引出線，所述基底上固定所述兩個(gè)敏感柵；
[0031] 每一敏感柵包括敏感段和過渡段，所述敏感段的兩端為過渡段，所述敏感段呈細(xì) 長(zhǎng)條形，所述過渡段呈粗短形，所述敏感段的電阻遠(yuǎn)大于所述過渡段的電阻，相同應(yīng)變狀態(tài) 下所述敏感段的電阻變化值遠(yuǎn)大于所述過渡段的電阻變化值，所述過渡段的電阻變化值接 近于〇;
[0032] 每個(gè)敏感段的所有橫截面形心構(gòu)成敏感段軸線，該敏感段軸線為一條直線段，各 敏感段的軸線平行并且位于同一平面中，敏感段軸線所確定平面內(nèi)，沿所述敏感段軸線方 向即軸向，與軸向垂直的方向?yàn)闄M向；每個(gè)敏感段的所有橫截面形狀尺寸一致；取每個(gè)敏 感段的軸線中點(diǎn)位置并以該敏感段電阻值為名義質(zhì)量構(gòu)成所在敏感段的名義質(zhì)點(diǎn)，各個(gè)敏 感段的名義質(zhì)點(diǎn)共同形成的質(zhì)心位置為敏感柵的中心；
[0033] 兩個(gè)敏感柵的敏感段總電阻一致，所述兩個(gè)敏感柵在相同的應(yīng)變下敏感段的總電 阻變化值一致，兩個(gè)敏感柵之中心位于一條直線上，該一條直線垂直于兩個(gè)敏感柵任何一 條敏感段軸線，兩個(gè)敏感柵沿此直線方向從上至下分別稱為上敏感柵和下敏感柵；各敏感 段軸線所確定平面上，上敏感柵與下敏感柵之間呈叉指布置；
[0034] 兩個(gè)敏感柵中心在軸向上無偏差，在橫向上有偏差，上敏感柵中心與下敏感柵中 心的距離為Ay。
[0035] 本實(shí)施例的可測(cè)量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的橫向偏差雙敏感柵叉指型金屬應(yīng)變片，包 括基底1，所述金屬應(yīng)變片還包括兩個(gè)敏感柵，每個(gè)敏感柵的兩端分別連接一根引出線，所 述基底1上固定所述兩個(gè)敏感柵。
[0036] 基底1之上可固定下敏感柵2和上敏感柵3,用于保持各敏感柵固定的形狀、位置 和尺寸；基底1很薄，從而將試件表面的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到下敏感柵2和上敏感柵3?；?1可以是膠膜基底、玻璃纖維基底、石棉基底、金屬基底和臨時(shí)基底。通常用黏結(jié)、焊接、陶瓷 噴涂等方式將基底固定于測(cè)試件的被測(cè)部位?；?上還可印有一些用于應(yīng)變片定位的線 條。
[0037] 蓋片用紙或者膠等材料制成，覆蓋于下敏感柵2、上敏感柵3和基底1上，起防潮