等作用的保护层。
[0038] 引线4用于连接敏感栅和测量电路，左敏感栅2或右敏感栅3各有两个引线4,对 与箱式和膜式应变片，引线4与其所连接的左敏感栅2或右敏感栅3联为一体。
[0039] 左敏感栅2和右敏感栅3按照其金属敏感材料和加工工艺的不同，可以为丝式、箱 式、薄膜式、厚膜式。无论何种左敏感栅2或右敏感栅3的厚度均很小，使得左敏感栅2和 右敏感栅3的轴向长度随其所依附工件的形变而变化。本发明基本的关键之处在于左敏感 栅2和右敏感栅3之间的配合，有如下要点：
[0040] 第一，在基底上布置两个敏感栅，分别称为左敏感栅2、右敏感栅5。
[0041] 第二，左敏感栅2和右敏感栅3均可分为多个敏感段5和多个过渡段6,各过渡段 6将各敏感段5连接形成敏感栅。比较而言，敏感段5呈细长形，电阻较大并且其阻值对应 变较为敏感；所述过渡段6基本呈粗短形，使得所述过渡段的电阻很小并且对应变不敏感， 工作状态下电阻变化接近于〇,因此敏感段电阻的总和基本为单个敏感栅的总电阻。图2从 更清晰的角度更详细地标出了敏感段5和过渡段6。
[0042] 第三，左敏感栅2和右敏感栅3的敏感段5横截面形状均相同，并且左敏感栅2和 右敏感栅3各自敏感段5长度的总和相同。忽略过渡段6的电阻，左敏感栅2和右敏感栅 3的总电阻都相等，并且两个敏感栅在相同的应变下敏感段总电阻变化量应一致。
[0043] 第四，每个敏感栅的敏感段5呈细长条状，每个敏感段5的所有横截面形心构成敏 感段轴线，该敏感段5轴线为一条直线段，各敏感段5的轴线平行并且位于同一平面中。每 个敏感段5的所有横截面沿敏感段轴线方向的投影形状一致。取每个敏感段的轴线中点位 置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义质点，各个敏感段的名义质点共 同形成的质心位置为敏感栅的中心。
[0044] 第五，俯视左敏感栅2和右敏感栅3,它们均具有对称轴且对称轴重合（图2中的 X轴），左敏感栅2和右敏感栅3各自的敏感段5全都与该对称轴平行，各敏感栅的敏感段 5均关于此轴对称分布。因此，可以说左敏感栅2和右敏感栅3同轴，即检测同方向的应变 并且左敏感栅2和右敏感栅3的中心位置均在X轴上，它们的中心有轴向偏差无横向偏差。 根据图2中应变片的俯视图，左敏感栅2的中心在X轴与^轴的交点，右敏感栅3的中心在 X轴与yR轴的交点。左敏感栅2的中心与右敏感栅3的中心的连线中点为X轴与y轴的交 点。
[0045] 第六，左敏感栅2和右敏感栅3叉指布置，两个敏感栅的中心位置均在同一对称轴 X轴上。可以注意到，叉指布置造成的直接结果是左敏感栅2中心与右敏感栅3中心较为接 近，轴向距离为AX，如图2所示。由于左敏感栅2和右敏感栅3的相对位置由应变片生产 工艺保证被相当精确地固定了，这也是本发明能检测工件应变轴向偏导数的关键之一。
[0046] 综上所述，本发明左敏感栅2和右敏感栅3大小相等、方向同轴、距离甚近。
[0047] 令自由状态下左敏感栅2电阻为Rw，右敏感栅3电阻为Rr。，应有R w= Rrq= R。。 将本发明的应变片安置于某有应变表面时，左敏感栅2电阻为R。+△&，右敏感栅3电阻为 VARr;另一方面，左敏感栅2以及右敏感栅3的中心分别位于图2中X轴与5^的交点以 及X轴与y R的交点，轴向上相距ΑΧ，所述轴向即为X轴。两左、右敏感栅中心处应变的不 同造成了左敏感栅2与右敏感栅3电阻的不同。利用敏感栅电阻与表面应变的关系有：
[0048]
[0049] 其中X为两敏感栅中心连线中点位置，ε 左敏感栅2中心处的应变，ε R为右 敏感栅3中心处的应变。这即是本实施例测量表面应变轴向偏导的原理。
[0050] 将本实施例配合电桥可用于测量应变、应变轴向偏导，假设电桥输入电压为Ui、输 出电压为U ci，测量电桥的示意图见图3。在无工件应变作用时，电桥各桥臂电阻依顺时针方 向分别标记为&、R2、R 3、R4，在不会混淆的情况下也用这些符号标记电阻所在电桥。每个电 桥上可以安放应变片的敏感栅或者电阻。与一般的应变片布置相同，如果在多个桥臂上安 置敏感栅，对各安置位置的次序、应变有定性的要求。无工件应变作用时，电桥的输出电压 公式为
[0051]
[0052] 此时，要求电桥平衡也就是u。= 0,于是必须满足所谓电桥平衡条件R W3-R2R4 = 〇,采用的电桥进一步满足
[0053] R1=R2=R3=R4, (5)
[0054] 因为，第一，满足条件（5)时，根据有关理论应变片灵敏度最高；第二，测量应变或 者应变轴向偏导的方法均要求条件（5)成立。当应变片随外界应变也发生应变时，上述电 桥平衡条件一般不再成立，此时
[0055]
[0056] 由于Δ民< < R i (i = 1，2, 3, 4)故第一个~，第二个~忽略的部分 AR1AR3-AR2AR4也很小，并在工程上可以使其远小于较保留部分。一般可用式（6)获取 的电压测量应变；对应变轴向偏导可结合式（3)和式（6)，合理地设计安排各桥臂敏感栅和 电阻可获得与应变轴向偏导呈线性关系的电压值U ci，该电压为微弱信号需进行放大。
【主权项】
1. 一种可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属应变片，包括基底， 其特征在于：所述金属应变片还包括两个敏感栅，每个敏感栅的两端分别连接一根引出线， 所述基底上固定所述两个敏感栅； 每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所述敏感段的两端为过渡段，所述敏感段呈细长条 形，所述过渡段呈粗短形，所述敏感段的电阻远大于所述过渡段的电阻，相同应变状态下所 述敏感段的电阻变化值远大于所述过渡段的电阻变化值，所述过渡段的电阻变化值接近于 O ； 每个敏感段的所有横截面形心构成敏感段轴线，该敏感段轴线为一条直线段，各敏感 段的轴线平行并且位于同一平面中，敏感段轴线所确定平面内，沿所述敏感段轴线方向即 轴向，与轴向垂直的方向为横向；每个敏感段的所有横截面形状尺寸一致；取每个敏感段 的轴线中点位置并以该敏感段电阻值为名义质量构成所在敏感段的名义质点，各个敏感段 的名义质点共同形成的质心位置为敏感栅的中心； 两个敏感栅的敏感段总电阻一致，所述两个敏感栅在相同的应变下敏感段的总电阻变 化值一致，两个敏感栅之中心位于一条直线上，该一条直线平行于两个敏感栅任何一条敏 感段轴线，两个敏感栅沿此直线方向从左至右分别称为左敏感栅和右敏感栅；各敏感段轴 线所确定平面上，左敏感栅与右敏感栅之间呈叉指布置； 两个敏感栅中心在轴向上有偏差，在横向上无偏差，左敏感栅中心与右敏感栅中心的 距离为Ax。2. 如权利要求1所述的可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属应 变片，其特征在于：所述金属应变片还包括盖片，所述盖片覆盖于所述敏感栅和基底上。3. 如权利要求1或2所述的可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属 应变片，其特征在于：所述敏感栅为丝式、箱式、薄膜式或厚膜式敏感栅。4. 如权利要求1或2所述的可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金 属应变片，其特征在于：所述基底为胶膜基底、玻璃纤维基底、石棉基底、金属基底或临时基 底。5. 如权利要求1或2所述的可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属 应变片，其特征在于：所述两个敏感栅左右布置在基底上。
【专利摘要】一种可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属应变片，包括基底和两个敏感栅，每个敏感栅的两端分别连接一根引出线，基底上固定所述两个敏感栅，每一敏感栅包括敏感段和过渡段，所有敏感段的轴线为直线、平行布置并且在同一个平面内；在敏感段轴线所确定平面内，沿所述敏感段轴线方向即轴向，与轴向垂直的方向为横向；两个敏感栅电阻一致，在相同应变下电阻变化量一致，沿轴向从左至右分别称为左敏感栅和右敏感栅；各敏感段轴线所确定平面上，左敏感栅与右敏感栅之间呈叉指布置。本发明既能测量应变更能有效检测表面应变轴向一阶偏导。
【IPC分类】G01B7/16
【公开号】CN105091731
【申请号】CN201510497183
【发明人】张端
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月13日