[發(fā)明專利]可測量單側(cè)片外軸向偏導(dǎo)的軸向分布六敏感柵全橋三叉指金屬應(yīng)變片

在審

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• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105423892A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張端
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其是一種金屬應(yīng)變片。

背景技術(shù)

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，其電阻隨著所發(fā)生機械變形(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:

R=ρLS---(1)]]>

其中R是其電阻值，ρ是金屬材料電阻率，L是金屬材料長度，S為金屬材料截面積。金屬絲在承受應(yīng)變而發(fā)生機械變形的過程中，ρ、L、S三者都要發(fā)生變化，從而必然會引起金屬材料電阻值的變化。當(dāng)金屬材料被拉伸時，長度增加，截面積減小，電阻值增加；當(dāng)受壓縮時，長度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測出電阻值的變化，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)知識可導(dǎo)出金屬材料電阻變化率公式

ΔRR=KΔLL=Kϵ---(2)]]>

其中ΔR為電阻變動量，ΔL為金屬材料在拉力或者壓力作用方向上長度的變化量，ε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)。

在實際應(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機械零件的表面。當(dāng)傳感器中的彈性元件或被測機械零件受作用力產(chǎn)生應(yīng)變時，粘貼在其上的應(yīng)變片也隨之發(fā)生相同的機械變形，引起應(yīng)變片電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。這時，電阻應(yīng)變片便將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻的變化量輸出。

但是有時我們也需要了解工件應(yīng)變的偏導(dǎo)數(shù)，比如下面有三種場合，但不限于此三，需要用到工件表面應(yīng)變偏導(dǎo)數(shù)：

第一，由于工件形狀突變處附近會出現(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。

第二，建筑、橋梁、機械設(shè)備中受彎件大量存在，材料力學(xué)有關(guān)知識告訴我們，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量到；

第三，應(yīng)用彈性力學(xué)研究工件應(yīng)變時，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。

此外，對工件的某些部位，比如軸肩、零件邊緣處等位置，由于形狀尺寸的突變，其應(yīng)變往往相應(yīng)存在比較大的變化。然而，正由于形狀尺寸的突變，使得該處較難安置一般的應(yīng)變片，需要一種能測量應(yīng)變片偏邊緣甚至邊緣外側(cè)位置而不是正中位置應(yīng)變偏導(dǎo)的產(chǎn)品。如此便可實現(xiàn)在避開較難安放應(yīng)變片的目標(biāo)被測點一定距離處布置應(yīng)變片，而最終測量到該目標(biāo)被測點處的應(yīng)變偏導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有的金屬應(yīng)變片無法檢測應(yīng)變偏導(dǎo)的不足，本發(fā)明提供一種既能測量應(yīng)變更能有效檢測表面應(yīng)變軸向偏導(dǎo)的可測量單側(cè)片外軸向偏導(dǎo)的軸向分布六敏感柵全橋三叉指金屬應(yīng)變片，特別是測量工件角落、邊緣等對應(yīng)變片有尺寸限制部位或者其他不宜布置應(yīng)變片位置的軸向一階偏導(dǎo)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種可測量單側(cè)片外軸向偏導(dǎo)的軸向分布六敏感柵全橋三叉指金屬應(yīng)變片，包括基底，所述金屬應(yīng)變片還包括六個敏感柵，每個敏感柵的兩端分別連接一根引腳，所述基底上固定所述六個敏感柵；