专利名称：大量程对称斜置应变片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测仪器，尤其涉及一种大量程对称斜置应变片。
背景技术：
应变片是一种测量构件变形的工具，现有的应变片产品，主要用于金属和非金属等结构材料的变形测量，比如对梁、柱、机架等在承重状态下的变形测量。对于结构材料来说，在外力的作用下，其应变比较小，大约在1％量级，甚至更小，现有的应变片尚能满足测量的需要。加上现有的应变片的测量方法比较成熟，设备比较简单，价格比较低廉，因此，至今仍在工程测量中得到广泛的应用。但是，对构件变形的测量，早已不局限于金属和非金属等结构材料，而是已经扩展到诸如橡胶、工程塑料等非结构材料领域。这些非结构材料在外力的作用下，其应变一般较大，有可能比结构材料的变形大一个数量级。比如，在借助应变片测量软管曲率时，软管材料的变形就比一般结构材料的变形大一个数量级以上。在这种情况下，现有的应变片产品往往不能适应这么大的量程，常会在使用中发生应变片断裂失效的后果。因此在应变片测量领域迫切需要一种新的产品以适应大应变构件的测量需要。
实用新型内容本实用新型的目的，在于提供一种量程大、既能适应结构材料，又能适应非结构材料的变形测量的大量程对称斜置应变片。
本实用新型的目的是这样实现的，一种大量程对称斜置应变片，由一矩形基片和配置在基片上的导电丝组成，其特点是，所述的导电丝包括左导电丝和右导电丝，左导电丝和右导电丝各平行制成栅状并与矩形基片的底边倾斜α角对称相连配置在基片上，两栅状导电丝形成单一的电通路。
上述大量程对称斜置应变片，其中，所述的左导电丝和右导电丝与矩形基片的底边的倾斜角α为30-60度。
上述大量程对称斜置应变片，其中，所述的左导电丝和右导电丝的外侧端各连接有一引出线。
本实用新型大量程对称斜置应变片由于采用了以上技术，可以将应变片的量程在现有应变片的基础上扩大2-10倍，可广泛用于结构材料和非结构材料构件的应变测量。
图1是本实用新型大量程对称斜置应变片的结构示意图；图2是应变片与被测构件平行安放和倾斜α角安放的变形原理示意图；图3是应变片对变形扭转影响的屏蔽作用原理示意图；图4是应变片的变形与构件的纵横向变形的关系示意图。
具体实施方式
请参见图1，本实用新型大量程对称斜置应变片，由一矩形基片1和配置在基片上的导电丝2组成，导电丝2包括左导电丝21和右导电丝22，左导电丝21和右导电丝22各平行制成栅状并与矩形基片的底边倾斜α角对称相连配置在基片上，其倾斜角α为30-60度。两栅状导电丝形成单一的电通路。左导电丝21和右导电丝22的外侧端各连接有一引出线211和221。
应变片的变形原理及本实用新型大量程对称斜置应变片的作用原理可以说明如下请参见图2，当应变片与被测构件平行安放时，被测材料的应变被一比一地反映到应变片上，如图2所示。在这种情况下，构件的主要受力方向上的拉压变形Δx，将100％地反映到应变片的测量方向上的变形Δ上去，亦即Δ＝Δx当应变片与被测构件如图2b所示斜向安放时，构件的主要受力方向上的拉压变形Δx，只有一部分反映到应变片的测量方向上的变形Δ上去，亦即如图2c所示的如下关系Δ＝Δx×cosα这时应变片测量方向上的变形Δ小于构件的受力方向上的变形Δx，是Δx的cosα倍。相应地，应变片的量程也可以扩大到原来量程的1/cosα倍。这也就是本实用新型的应变片采用斜向配置可以扩大量程的原理。
应变片斜向配置带来的问题是，构件的扭转会在构件的表面产生材料的横向切变Δt，如图3a所示。横向切变Δt会对应变片在测量方向上的变形Δ产生一定的影响，或者说，应变片的变形Δ不仅包含有主要受力方向上的变形Δx的成分，也包含有构件的扭转产生的横向切变Δt的成分。
但是，扭转引起的横向切变Δt对应变片在测量方向上的变形是有方向性的。在图3a所示的情况下，应变片与构件的主要受力方向错开α角度安放，横向切变Δt使应变片在测量方向上伸长了Δ；在图3b所示的情况下，应变片与构件的主要受力方向错开-α角度安放，横向切变Δt使应变片在测量方向上缩短了Δ。如果设计成如图3c所示的应变片，它的导电丝不再全部平行，而是分为左右两部分对称设置，即左部与主要受力方向错开α角度，右部与主要受力方向错开-α角度(即180°-α)，左部和右部之间形成180°-2α的夹角。那么，由于在实际使用中，构件的拉压变形都会同符号、按比例地反映到应变片的左部和右部上去，构件的扭转产生的横向切变Δt，对应变片左部的影响与对应变片右部的影响，就会因为符号相反而相互抵消。这样就可以屏蔽掉扭转的影响。这说明本实用新型大量程对称斜置应变片采用对称成对斜向配置可以屏蔽掉扭转的影响。
另一个必须考虑的因素是构件的拉压所产生的横向变形。图4a中所示的尺寸a方向是构件的主要受力方向，受力后产生拉压变形Δx，尺寸b方向是与构件的主要受力正交的方向，受力后产生符号相反的变形Δy。一般来说，构件的a方向受拉外伸的话，b方向会内缩；构件的a方向受压缩的话，b方向会外伸。这时应变片的导电丝在测量方向上产生变形Δl。变形Δl中包括了构件的主要拉压受力方向上的变形Δx的成分，和横向变形Δy的成分。可以记为Δl＝Δlx+Δly由于一般构件的变形都比较小，a方向变形Δx对Δl的影响，和b方向变形Δy对Δl的影响，可以分开考虑。
图4b中所示的是a方向变形Δx对Δl的影响Δlx，从图中可以看出如下关系Δlx＝Δx×cosα图4c中所示的是b方向变形Δy的对Δl的影响Δly，从图中可以看出如下关系Δly＝Δy×sinα由材料力学可知，在简单位伸和简单压缩时，横向应变εy与纵向应变εx之比，在一定的范围内是常数，其绝对值就是泊松比μμ＝|εy/εx|泊松比是个无因次量，对于各向同性材料，其范围在0～0.5之间。如软木的泊松比为0，钢的泊松比为0.3，生橡胶的泊松比为0.5。考虑到横向应变εy与纵向应变εx符号相反，因此可以得到εy＝-μεx于是可以得到尺寸b方向的变形ΔyΔy＝εy×b＝-μεx×b＝-μ(Δx/a)b＝-μΔx(b/a)＝-μΔx×tgα将以上关系式经过整理得Δl＝Δlx+Δly＝Δx×cosα+Δy×sinα＝Δx×cosα-μΔx×tgα×sinα＝Δx(cosα-μsin2α/cosα)＝ΔxC其中C＝(cosα-μsin2α/cosα)。由于在材料确定之后，泊松比μ是常数；在导电丝安放好之后，倾角α也是常数，因此，系数C也是常数。上式表明，即使有横向变形，与构件主要受力方向倾斜的导电丝的变形Δl，也与构件的主要受力方向上的变形Δx成线性关系。
表1列出了μ＝0.3时，倾角α与系数C的对应关系表1
表2列出了μ＝0.5时，倾角α与系数C的对应关系表2
由表1、表2可见，不同的泊松比，对应着不同的系数C；不同的倾角α，也会有不同的系数C。在实际工作中，系数C不宜取得过小，取得小虽然可以扩大量程，但是会影响测量的精度。因此可以根据需要，选择系数C在0.5-0.1之间；根据系数C来确定对称斜置导电丝的倾角α；这时，应变片的量程，将扩大2至10倍。
实施例一按导电丝的倾角为α＝44.8度，两组对称导电丝的夹角为180-2×44.8＝90.4度制作应变片。在测试钢材的应变时，钢材的泊松比μ＝0.3，与44.8度倾角对应的系数C＝0.5，本实施例应变片的量程可扩大2倍；在测试生橡胶的应变时，生橡胶的泊松比μ＝0.5，与44.8度夹角对应的系数C＝0.36，本实施例应变片的量程可扩大2.8倍。
实施例二按导电丝的倾角为α＝52.3度，两组对称导电丝的夹角为180-2×52.3＝75.4度制作应变片。在测试钢材的应变时，钢材的泊松比μ＝0.3，与52.3度倾角对应的系数C＝0.3，本实施例应变片的量程可扩大3.3倍；在测试生橡胶的应变时，生橡胶的泊松比μ＝0.5，与52.3度夹角对应的系数C＝0.1，本实施例应变片的量程可扩大10倍。
实施例三按导电丝的倾角为α＝58.7度，两组对称导电丝的夹角为180-2×58.7＝62.6度制作应变片。在测试钢材的应变时，钢材的泊松比μ＝0.3，与58.7度倾角对应的系数C＝0.1，本实施例应变片的量程可扩大10倍。
权利要求1.一种大量程对称斜置应变片，由一矩形基片和配置在基片上的导电丝组成，其特征在于所述的导电丝包括左导电丝和右导电丝，左导电丝和右导电丝各平行制成栅状并与矩形基片的底边倾斜α角对称相连配置在基片上，两栅状导电丝形成单一的电通路。
2.根据权利要求1所述的大量程对称斜置应变片，其特征在于所述的左导电丝和右导电丝与矩形基片的底边的倾斜角α为30-60度。
3.根据权利要求1所述的大量程对称斜置应变片，其特征在于所述的左导电丝和右导电丝的外侧端各连接有一引出线。
专利摘要本实用新型提供了一种大量程对称斜置应变片，由一矩形基片和配置在基片上的导电丝组成，其特点是，所述的导电丝包括左导电丝和右导电丝，左导电丝和右导电丝各平行制成栅状并与矩形基片的底边倾斜α角对称相连配置在基片上，本实用新型大量程对称斜置应变片可以将应变片的量程扩大2－10倍，可广泛用于结构材料和非结构材料构件的应变测量。
文档编号G01B7/16GK2608943SQ0322992
公开日2004年3月31日 申请日期2003年4月1日 优先权日2003年4月1日
发明者吴家麒, 钱晋武, 沈林勇, 章亚男, 杨东英 申请人:上海大学