专利名称：一种三轴仪应变测量用微型应变仪及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三轴试验仪，特别涉及一种三轴试验仪的应变测量器，本发明还 涉及该应变测量器的制作方法。
背景技术：
土的三轴压缩试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法，目前国 内的大多数三轴试验装置为应变控制式三轴试验仪，它的研究已经比较成熟。但该装置有 一个缺点就是其测量结果的精度仅为o. 1mm，在通常的三轴剪切试验中，试验仪器的微小变 形会对轴向变形的测量产生影响，对于要求较高的三轴实验便会产生较大误差，而得不到 实验所要求的效果。这是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种测量精度高的三轴仪应变测量用 微型应变仪。本发明所要解决的第二个技术问题是提供该三轴仪应变测量用微型应变仪的制 作方法。为了解决上述技术问题，本发明提供的三轴仪应变测量用微型应变仪，在青铜条 一侧贴有第一应变片、第二应变片和第一接线头，所述的第一应变片和第二应变片与所述 的第一接线头电连接，在青铜条的另一侧贴有第三应变片、第四应变片和第二接线头，所述 的第三应变片和第四应变片与所述的第二接线头电连接，所述的第一接线头和第二接线头 通过导线与信号放大器电连接，在所述的青铜条、第一应变片、第二应变片、第一接线头、第 三应变片、第四应变片和第二接线头上覆盖有硅酮。为了解决第二个技术问题，本发明提供的三轴仪应变测量用微型应变仪的制作方 法，将应变片贴到青铜条上——布置线路——涂抹覆盖层——将装置与信号放大器连接， 具体步骤如下1)将应变片贴到青铜条上①制作一个参考底板在行距1mm的方格纸上画两条平行线，其间隔等于青铜条的宽度，再画一条贯穿 线垂直穿过两条平行线的中部，将方格纸放入一个聚乙烯塑料袋中；②改制接线头将现有的接线头切成条，保证两边的两条宽度之和等于青铜条的宽度；用透明胶 带将两边的两条粘在一起，使焊接点在外侧并且焊接点朝向透明胶带有粘性的一边，剪去 多余的胶带，将接线头分割成多片接线头，保证每一片上有4个焊接点；③排列放置应变片和接线头将一段透明胶带沿着参考底板上的平行线固定在参考底板上，透明胶带有粘性的 一边朝上，然后将两个应变片粘在透明胶带上，保证两个应变片摆放方向相同且都在平行线内部，并且应变片的连接导线的一侧要对着透明胶带；将一个改制好的接线头紧挨着应 变片固定到应变片的导线上，保证接线头有焊接点的一侧向下，然后将整条透明胶带从参 考底板上取下；④将应变片和接线头贴到青铜条上将青铜条切成矩形，宽X长X厚为3. 5X70X0. 2mm;用砂纸打磨青铜条两侧，再 用纱布蘸丙酮溶剂清洁青铜条；然后青铜条用胶带固定到参考底板上，保持青铜条相对于 平行线中部的贯穿线对称；将第③步中贴有应变片和接线头的透明胶带贴到青铜条上，贴 有应变片的一侧向下，保证应变片和接线头相邻一侧的边缘与贯穿线重合，并且应变片和 接线头不能超出青铜条的范围；将靠近接线头一端的透明胶带抬起，在应变片和接线头上 各点一滴黏合剂，将透明胶带迅速放回青铜条上，在透明胶带上盖一个聚乙烯的塑料袋并 用拇指用力压住应变片和接线头，20°C时要按压1分钟，期间不要移动手指；在室温下放置 至少4小时，然后按相同的方法贴青铜条另一边的应变片，一天以后将透明胶带慢慢地除 下，用酒精洗去粘状物；2)布置线路①处理主导线将一根四芯导线剪下60cm，将外层绝缘皮去掉，只留下聚四氟乙烯包裹红色导线、 白色导线、黑色导线、绿色导线作为主导线；将主导线一端的红色导线、白色导线、黑色导 线、绿色导线分散开5cm，并将红色导线、白色导线、黑色导线、绿色导线的末端Icm的绝缘 皮去下；从主导线的另一端剪下4cm长的一段，并拆散成红色导线、白色导线、黑色导线、绿 色导线，将红色导线和白色导线两端的绝缘皮去掉，仅剩下中间12mm;用类似的方法处理 黑色导线和绿色导线的短导线，差别是绝缘皮只要剩下中间的7mm ；将除下来的四种颜色 的聚四氟乙烯导线管每种颜色保留4mm，在后面步骤中要用到；将4种颜色的短导线对应各 自的颜色与主导线上的四条红色导线、白色导线、黑色导线、绿色导线分别拧成股，然后将 整条主导线上裸露导线丝的部位分别焊接为一体；②焊接应变片和接线头将两个应变片靠外侧的连接导线分别焊接到接线头相应的近端焊接点上，铜条两 侧共4个，注意焊接时要使连接导线保持成拱状；将应变片进行编号，应变片受拉一侧编为 第一应变片和第二应变片，另外一侧编为第三应变片和第四应变片；然后将事先准备的导 线管套在每个应变片剩下的导线上，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片分 别对应红、白、绿、黑四种颜色的导线管；用镊子将每个导线管都弯曲成U型，然后把导线分 别焊接到对应的焊接点上；③焊接主导线和接线头分别把主导线上绿色导线和黑色导线的导线头焊接到第三应变片和第四应变片 对应的第二接线头的焊接点上，使绿色导线和黑色导线的短导线保持在外侧；将黑、绿短导 线弯到青铜条的另一侧，分别焊接到第一应变片和第二应变片对应的第一接线头的焊接点 上；分别把主导线上红色导线和白色导线的导线头焊接到第一应变片和第二应变片对应的 第一接线头的焊接点上，使红色导线和白色导线的短导线保持在内侧；将两条短导线交叉 后弯到青铜条的另一侧，分别把红色导线和白色导线的短导 线焊接到第三应变片和第四应 变片对应的第二接线头的焊接点上；将红色导线、白色导线、绿色导线和黑色导线一起绑到青铜条的边缘固定；3)涂抹覆盖层
①将整个装置表面处理干净后将表面处理剂涂抹在应变片、接线头以及导线束的 范围内，两侧都涂抹完毕后晾干；②铲一些硅酮置于青铜条的中部，且使硅酮呈带状；静置一天，让硅酮自主的扩散 到青铜条的边缘，然后即可用相同的方法处理另外一侧；4)建立电桥将装置与信号放大器连接第一应变片与第二应变片是受拉一侧，第三应变片与第四应变片是受压一侧；整 个电路使用惠斯通电桥，红色导线和白色导线是输入电压，绿色导线和黑色导线是输出电 压；该装置不会输出压应变和拉应变，而测得的是弯曲应变，用7针串口与放大器连接。采取上述方案的三轴仪应变测量用微型应变仪及其制作方法，由于其对于试样变 形的测量结果是利用贴在试样上的测量器直接感应得到的，这就可以避免由于仪器的微小 变形给实验结果带来的影响，从而提高了三轴试验仪的测量精度，这对很多需要使用三轴 试验仪的研究带来很大的帮助。综上所述，本发明是一种利用直接贴在试样侧面的局部微型应变仪，来测量试样 中部向外的弯曲应变，能大幅度提高测量精度，其制作方法可行。
图1是改制接线头示意图；图2是改制后的接线头结构示意图；图3是排列放置应变片示意图；图4是排列放置接线头示意图；图5是将应变片和接线头贴到青铜条上示意图；图6是处理主导线示意图；图7是焊接应变片和接线头一面示意图；图8是焊接应变片和接线头另一面示意图；图9是焊接主导线和接线头第一步示意图；图10是焊接主导线和接线头第二步示意图；图11是焊接主导线和接线头第三步示意图；图12是焊接主导线和接线头第四步示意图；图13是涂抹覆盖层示意图；图14是本发明结构示意图；图15是惠斯通电桥示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。参见图13、图14和图15，在青铜条5—侧贴有第一应变片1、第二应变片2和第一 接线头6，第一应变片1和第二应变片2与第一接线头6电连接，在青铜条5的另一侧贴有 第三应变片3、第四应变片4和第二接线头7，第三应变片3和第四应变片4与第二接线头7电连接，第一接线头6和第二接线头7通过导线8与信号放大器电连接，在青铜条5、第一 应变片1、第二应变片2、第一接线头6、第三应变片3、第四应变片4和第二接线头7上覆盖 有硅酮9。本发明提供的三轴仪应变测量用微型应变仪的制作方法，具体步骤如下1)将应变片贴到青铜条上①制作一个参考底板10在行距1mm的方格纸上画两条平行线11，其间隔等于青铜条5的宽度，再画一条贯 穿线17垂直穿过两条平行线11的中部，将方格纸放入一个聚乙烯塑料袋12中；②改制接线头参见图1和图2，将现有的接线头切成3条，保证两边的两条宽度之和等于青铜条 5的宽度；用透明胶带13将两边的两条粘在一起，使焊接点14在外侧并且焊接点14朝向 透明胶带13有粘性的一边，剪去多余的胶带，将接线头分割成多片接线头18，保证每一片 上有4个焊接点14 ；③排列放置应变片和接线头参见图3，将一段透明胶带13沿着参考底板10上的平行线11固定在参考底板10 上，透明胶带13有粘性的一边朝上，然后将两个应变片15粘在透明胶带13上，保证两个应 变片15摆放方向相同且都在平行线11内部，并且应变片15的连接导线16的一侧要对着 透明胶带13 ；参见图4，将一个改制好的接线头18紧挨着应变片15固定到应变片15的导线16 上，保证接线头18有焊接点14的一侧向下，然后将整条透明胶带13从参考底板10上取 下；④将应变片和接线头贴到青铜条上参见图5，将青铜条5切成矩形，宽X长X厚为3. 5X70X0. 2mm;用砂纸打磨青 铜条5两侧，再用纱布蘸丙酮溶剂清洁青铜条5 ；然后青铜条5用胶带固定到参考底板10 上，保持青铜条5相对于平行线11中部的贯穿线17对称；将第③步中贴有应变片15和接线头18的透明胶带13贴到青铜条5上，贴有应变 片15的一侧向下，保证应变片15和接线头18相邻一侧的边缘与贯穿线17重合，并且应变 片15和接线头18不能超出青铜条5的范围；将靠近接线头18 —端的透明胶带13抬起，在应变片15和接线头18上各点一滴 黏合剂，将透明胶带13迅速放回青铜条5上，在透明胶带13上盖一个聚乙烯的塑料袋并用 拇指用力压住应变片15和接线头18，20°C时要按压1分钟，期间不要移动手指；将装置在室温下放置至少4小时，然后按相同的方法贴青铜条5另一边的应变片 15，一天以后将透明胶带13慢慢地除下，用酒精洗去粘状物；2)布置线路①处理主导线参见图6，将一根四芯导线剪下60cm，将外层绝缘皮去掉，只留下四根聚四氟乙烯 包裹红色导线20、白色导线21、黑色导线22、绿色导线23作为主导线19 ；将主导线19 一端 的红色导线20、白色导线21、黑色导线22、绿色导线23分散开5cm，并将每根红色导线20、 白色导线21、黑色导线22、绿色导线23的末端1cm的绝缘皮去下；从主导线19的另一端剪
7下4cm长的一段，并拆散成4条红色导线20、白色导线21、黑色导线22、绿色导线23，将红 色导线20和白色导线21两端的绝缘皮去掉，仅剩下中间12mm ；用类似的方法处理黑色导 线22和绿色导线23的短导线，差别是绝缘皮只要剩下中间的7mm ；将除下来的四种颜色的 聚四氟乙烯导线管每种颜色保留4mm，在后面步骤中要用到；将4种颜色的短导线对应各自 的颜色与主导线19上的四条红色导线20、白色导线21、黑色导线22、绿色导线23分别拧成 股，然后将整条主导线19上裸露导线丝的部位分别焊接为一体；②焊接应变片和接线头参见图7和图8，将两个应变片15靠外侧的连接导线16分别焊接到接线头18相 应的近端焊接点14上，铜条两侧共4个，注意焊接时要使连接导线16保持成拱状；将应变片15进行编号，应变片15受拉一侧编为第一应变片1和第二应变片2，另 外一侧编为第三应变片3和第四应变片4 ；然后将事先准备的导线管套在每个应变片剩下 的导线上，第一应变片1、第二应变片2、第三应变片3、第四应变片4分别对应红、白、绿、黑 四种颜色的导线管；用镊子24将每个导线管都弯曲成U型，然后把导线分别焊接到对应的 焊接点14上；③焊接主导线和接线头参见图9，分别把主导线19上绿色导线23和黑色导线22的导线头焊接到第三应 变片3和第四应变片4对应的第二接线头7的焊接点14上，使绿色导线23和黑色导线22 的短导线保持在外侧；参见图10，将黑、绿短导线弯到青铜条5的另一侧，分别焊接到第一应变片1和第 二应变片2对应的第一接线头6的焊接点14上；参见图11和图12，分别把主导线19上红色导线20和白色导线21的导线头焊接 到第一应变片1和第二应变片2对应的第一接线头6的焊接点14上，使红色导线20和白 色导线21的短导线保持在内侧；将两条短导线交叉后弯到青铜条5的另一侧，分别把红色 导线20和白色导线21的短导线焊接到第三应变片3和第四应变片4对应的第二接线头7 的焊接点14上；将红色导线20、白色导线21、绿色导线23和黑色导线22 —起绑到青铜条5的边 缘固定；3)涂抹覆盖层①将整个装置表面处理干净后将表面处理剂涂抹在应变片、接线头以及导线束的 范围内，两侧都涂抹完毕后晾干。②参见图13，铲一些硅酮9置于青铜条5的中部，且使硅酮9呈带状；静置一天， 让硅酮9自主的扩散到青铜条5的边缘，然后即可用相同的方法处理另外一侧；4)建立电桥将装置与信号放大器连接参见图14和图15，第一应变片1与第二应变片2是受拉一侧，第三应变片3与第 四应变片4是受压一侧；整个电路使用惠斯通电桥，红色导线20和白色导线21是输入电 压，绿色导线23和黑色导线22是输出电压；该装置不会输出压应变和拉应变，而测得的是 弯曲应变，用7针串口与放大器连接。
权利要求
一种三轴仪应变测量用微型应变仪，其特征是在青铜条(5)一侧贴有第一应变片(1)、第二应变片(2)和第一接线头(6)，所述的第一应变片(1)和第二应变片(2)与所述的第一接线头(6)电连接，在青铜条(5)的另一侧贴有第三应变片(3)、第四应变片(4)和第二接线头(7)，所述的第三应变片(3)和第四应变片(4)与所述的第二接线头(7)电连接，所述的第一接线头(6)和第二接线头(7)通过导线(8)与信号放大器电连接，在所述的青铜条(5)、第一应变片(1)、第二应变片(2)、第一接线头(6)、第三应变片(3)、第四应变片(4)和第二接线头(7)上覆盖有硅酮(9)。
2.制作权利要求1所述的三轴仪应变测量用微型应变仪的方法，将应变片贴到青铜条 上一布置线路一涂抹覆盖层一将装置与信号放大器连接，其特征是具体步骤如下1)将应变片贴到青铜条上①制作一个参考底板(10)在方格纸上画两条平行线(11)，其间隔等于青铜条(5)的宽度，再画一条贯穿线(17) 垂直穿过两条平行线(11)的中部，将方格纸放入一个聚乙烯塑料袋(12)中；②改制接线头将现有的接线头切成3条，保证两边的两条宽度之和等于青铜条(5)的宽度；用透明胶 带(13)将两边的两条粘在一起，使焊接点(14)在外侧并且焊接点(14)朝向透明胶带(13) 有粘性的一边，剪去多余的胶带，将接线头分割成多片接线头(18)，保证每一片上有4个焊 接点(14)；③排列放置应变片和接线头将一段透明胶带(13)沿着参考底板(10)上的平行线(11)固定在参考底板(10)上， 透明胶带(13)有粘性的一边朝上，然后将两个应变片(15)粘在透明胶带(13)上，保证两 个应变片(15)摆放方向相同且都在平行线(11)内部，并且应变片(15)的连接导线(16) 的一侧要对着透明胶带(13)；将一个改制好的接线头(18)紧挨着应变片(15)固定到应变 片(15)的连接导线(16)上，保证接线头(18)有焊接点(14)的一侧向下，然后将整条透明 胶带(13)从参考底板(10)上取下；④将应变片和接线头贴到青铜条上将青铜条(5)切成矩形，用砂纸打磨青铜条(5)两侧，再用纱布蘸丙酮溶剂清洁青铜条(5)；然后青铜条(5)用胶带固定到参考底板(10)上，保持青铜条(5)相对于平行线(11) 中部的贯穿线(17)对称；将第③步中贴有应变片(15)和接线头(18)的透明胶带(13)贴 到青铜条(5)上，贴有应变片(15)的一侧向下，保证应变片(15)和接线头(18)相邻一侧 的边缘与贯穿线(17)重合，并且应变片(15)和接线头(18)不能超出青铜条(5)的范围； 将靠近接线头(18) —端的透明胶带(13)抬起，在应变片(15)和接线头(18)上各点一滴 黏合剂，将透明胶带(13)迅速放回青铜条(5)上，在透明胶带(13)上盖一个塑料袋并压住 应变片(15)和接线头(18)，20°C时要按压1分钟；在室温下放置至少4小时，然后按相同 的方法贴青铜条(5)另一边的应变片(15)，一天以后将透明胶带(13)慢慢地除下，用酒精 洗去粘状物；2)布置线路①处理主导线将一根四芯导线剪下60cm，将外层绝缘皮去掉，只留下四根聚四氟乙烯包裹红色导线(20)、白色导线(21)、黑色导线(22)、绿色导线(23)作为主导线(19)；将主导线(19) 一端 的红色导线(20)、白色导线(21)、黑色导线(22)、绿色导线(23)分散开5cm，并将红色导 线(20)、白色导线(21)、黑色导线(22)、绿色导线(23)的末端lcm的绝缘皮分别去下；从 主导线(19)的另一端剪下4cm长的一段，并拆散成红色导线(20)、白色导线(21)、黑色导 线(22)、绿色导线(23)，将红色导线(20)和白色导线(21)两端的绝缘皮去掉，仅剩下中 间12mm;用类似的方法处理黑色导线(22)和绿色导线(23)的短导线，差别是绝缘皮只要 剩下中间的7mm ；将除下来的四种颜色的聚四氟乙烯导线管每种颜色保留4mm ；将4种颜色 的短导线对应各自的颜色与主导线(19)上的四条红色导线(20)、白色导线(21)、黑色导线 (22)、绿色导线(23)分别拧成股，然后将整条主导线(19)上裸露导线丝的部位分别焊接为 一体；②焊接应变片和接线头将两个应变片(15)靠外侧的连接导线(16)分别焊接到接线头(18)相应的近端焊接 点(14)上，青铜条(5)两侧共4个，注意焊接时要使连接导线(16)保持成拱状；将应变片 (15)进行编号，应变片(15)受拉一侧编为第一应变片(1)和第二应变片(2)，另外一侧编 为第三应变片(3)和第四应变片(4)；然后将事先准备的导线管套在每个应变片剩下的导 线上，第一应变片(1)、第二应变片(2)、第三应变片(3)、第四应变片(4)分别对应红、白、 绿、黑四种颜色的导线管；用镊子(24)将每个导线管都弯曲成U型，然后把导线分别焊接到 对应的焊接点(14)上；③焊接主导线和接线头分别把主导线(19)上绿色导线(23)和黑色导线(22)的导线头焊接到第三应变片(3) 和第四应变片⑷对应的第二接线头⑵的焊接点(14)上，使绿色导线(23)和黑色导线 (22)的短导线保持在外侧；将黑、绿短导线弯到青铜条(5)的另一侧，分别焊接到第一应变 片⑴和第二应变片⑵对应的第一接线头(6)的焊接点(14)上；分别把主导线(19)上 红色导线(20)和白色导线(21)的导线头焊接到第一应变片(1)和第二应变片(2)对应的 第一接线头(6)的焊接点(14)上，使红色导线(20)和白色导线(21)的短导线保持在内侧； 将两条短导线交叉后弯到青铜条(5)的另一侧，分别把红色导线(20)和白色导线(21)的 短导线焊接到第三应变片(3)和第四应变片(4)对应的第二接线头(7)的焊接点(14)上； 将红色导线(20)、白色导线(21)、绿色导线(23)和黑色导线(22) —起绑到青铜条(5)的 边缘固定；3)涂抹覆盖层①将整个装置表面处理干净后将表面处理剂涂抹在应变片、接线头以及导线束的范围 内，两侧都涂抹完毕后晾干；②铲一些硅酮(9)置于青铜条(5)的中部，且使硅酮(9)呈带状，让硅酮(9)自主的扩 散到青铜条(5)的边缘，然后即可用相同的方法处理另外一侧；4)建立电桥将装置与信号放大器连接第一应变片(1)与第二应变片(2)是受拉一侧，第三应变片(3)与第四应变片(4)是 受压一侧；整个电路使用惠斯通电桥，红色导线(20)和白色导线(21)是输入电压，绿色导 线(23)和黑色导线(22)是输出电压；该装置不会输出压应变和拉应变，而测得的是弯曲应 变，用7针串口与放大器连接。
全文摘要
本发明公开了一种三轴仪应变测量用微型应变仪及其制作方法，在青铜条(5)一侧贴有第一应变片(1)、第二应变片(2)和第一接线头(6)，第一应变片(1)和第二应变片(2)与第一接线头(6)电连接，在青铜条(5)的另一侧贴有第三应变片(3)、第四应变片(4)和第二接线头(7)，所述的第三应变片(3)和第四应变片(4)与所述的第二接线头(7)电连接，所述的第一接线头(6)和第二接线头(7)通过导线(8)与信号放大器电连接，在所述的青铜条(5)、第一应变片(1)、第二应变片(2)、第一接线头(6)、第三应变片(3)、第四应变片(4)和第二接线头(7)上覆盖有硅酮(9)。本发明是一种利用直接贴在试样侧面的微型应变仪，来测量试样中部向外的弯曲应变，能大幅度提高测量精度，其制作方法可行。
文档编号G01N3/24GK101865649SQ20101019143
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者何玉荣, 师岩哲, 李建中 申请人:中南大学