專利名稱：一種三軸儀應變測量用微型應變儀及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三軸試驗儀，特別涉及一種三軸試驗儀的應變測量器，本發(fā)明還 涉及該應變測量器的制作方法。
背景技術：
土的三軸壓縮試驗是測定土體抗剪強度的一種比較完善的室內(nèi)試驗方法，目前國 內(nèi)的大多數(shù)三軸試驗裝置為應變控制式三軸試驗儀，它的研究已經(jīng)比較成熟。但該裝置有 一個缺點就是其測量結果的精度僅為o. 1mm，在通常的三軸剪切試驗中，試驗儀器的微小變 形會對軸向變形的測量產(chǎn)生影響，對于要求較高的三軸實驗便會產(chǎn)生較大誤差，而得不到 實驗所要求的效果。這是一個亟需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是提供一種測量精度高的三軸儀應變測量用 微型應變儀。本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供該三軸儀應變測量用微型應變儀的制 作方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的三軸儀應變測量用微型應變儀，在青銅條 一側貼有第一應變片、第二應變片和第一接線頭，所述的第一應變片和第二應變片與所述 的第一接線頭電連接，在青銅條的另一側貼有第三應變片、第四應變片和第二接線頭，所述 的第三應變片和第四應變片與所述的第二接線頭電連接，所述的第一接線頭和第二接線頭 通過導線與信號放大器電連接，在所述的青銅條、第一應變片、第二應變片、第一接線頭、第 三應變片、第四應變片和第二接線頭上覆蓋有硅酮。為了解決第二個技術問題，本發(fā)明提供的三軸儀應變測量用微型應變儀的制作方 法，將應變片貼到青銅條上——布置線路——涂抹覆蓋層——將裝置與信號放大器連接， 具體步驟如下1)將應變片貼到青銅條上①制作一個參考底板在行距1mm的方格紙上畫兩條平行線，其間隔等于青銅條的寬度，再畫一條貫穿 線垂直穿過兩條平行線的中部，將方格紙放入一個聚乙烯塑料袋中；②改制接線頭將現(xiàn)有的接線頭切成條，保證兩邊的兩條寬度之和等于青銅條的寬度；用透明膠 帶將兩邊的兩條粘在一起，使焊接點在外側并且焊接點朝向透明膠帶有粘性的一邊，剪去 多余的膠帶，將接線頭分割成多片接線頭，保證每一片上有4個焊接點；③排列放置應變片和接線頭將一段透明膠帶沿著參考底板上的平行線固定在參考底板上，透明膠帶有粘性的 一邊朝上，然后將兩個應變片粘在透明膠帶上，保證兩個應變片擺放方向相同且都在平行線內(nèi)部，并且應變片的連接導線的一側要對著透明膠帶；將一個改制好的接線頭緊挨著應 變片固定到應變片的導線上，保證接線頭有焊接點的一側向下，然后將整條透明膠帶從參 考底板上取下；④將應變片和接線頭貼到青銅條上將青銅條切成矩形，寬X長X厚為3. 5X70X0. 2mm;用砂紙打磨青銅條兩側，再 用紗布蘸丙酮溶劑清潔青銅條；然后青銅條用膠帶固定到參考底板上，保持青銅條相對于 平行線中部的貫穿線對稱；將第③步中貼有應變片和接線頭的透明膠帶貼到青銅條上，貼 有應變片的一側向下，保證應變片和接線頭相鄰一側的邊緣與貫穿線重合，并且應變片和 接線頭不能超出青銅條的范圍；將靠近接線頭一端的透明膠帶抬起，在應變片和接線頭上 各點一滴黏合劑，將透明膠帶迅速放回青銅條上，在透明膠帶上蓋一個聚乙烯的塑料袋并 用拇指用力壓住應變片和接線頭，20°C時要按壓1分鐘，期間不要移動手指；在室溫下放置 至少4小時，然后按相同的方法貼青銅條另一邊的應變片，一天以后將透明膠帶慢慢地除 下，用酒精洗去粘狀物；2)布置線路①處理主導線將一根四芯導線剪下60cm，將外層絕緣皮去掉，只留下聚四氟乙烯包裹紅色導線、 白色導線、黑色導線、綠色導線作為主導線；將主導線一端的紅色導線、白色導線、黑色導 線、綠色導線分散開5cm，并將紅色導線、白色導線、黑色導線、綠色導線的末端Icm的絕緣 皮去下；從主導線的另一端剪下4cm長的一段，并拆散成紅色導線、白色導線、黑色導線、綠 色導線，將紅色導線和白色導線兩端的絕緣皮去掉，僅剩下中間12mm;用類似的方法處理 黑色導線和綠色導線的短導線，差別是絕緣皮只要剩下中間的7mm ；將除下來的四種顏色 的聚四氟乙烯導線管每種顏色保留4mm，在后面步驟中要用到；將4種顏色的短導線對應各 自的顏色與主導線上的四條紅色導線、白色導線、黑色導線、綠色導線分別擰成股，然后將 整條主導線上裸露導線絲的部位分別焊接為一體；②焊接應變片和接線頭將兩個應變片靠外側的連接導線分別焊接到接線頭相應的近端焊接點上，銅條兩 側共4個，注意焊接時要使連接導線保持成拱狀；將應變片進行編號，應變片受拉一側編為 第一應變片和第二應變片，另外一側編為第三應變片和第四應變片；然后將事先準備的導 線管套在每個應變片剩下的導線上，第一應變片、第二應變片、第三應變片、第四應變片分 別對應紅、白、綠、黑四種顏色的導線管；用鑷子將每個導線管都彎曲成U型，然后把導線分 別焊接到對應的焊接點上；③焊接主導線和接線頭分別把主導線上綠色導線和黑色導線的導線頭焊接到第三應變片和第四應變片 對應的第二接線頭的焊接點上，使綠色導線和黑色導線的短導線保持在外側；將黑、綠短導 線彎到青銅條的另一側，分別焊接到第一應變片和第二應變片對應的第一接線頭的焊接點 上；分別把主導線上紅色導線和白色導線的導線頭焊接到第一應變片和第二應變片對應的 第一接線頭的焊接點上，使紅色導線和白色導線的短導線保持在內(nèi)側；將兩條短導線交叉 后彎到青銅條的另一側，分別把紅色導線和白色導線的短導 線焊接到第三應變片和第四應 變片對應的第二接線頭的焊接點上；將紅色導線、白色導線、綠色導線和黑色導線一起綁到青銅條的邊緣固定；3)涂抹覆蓋層
①將整個裝置表面處理干凈后將表面處理劑涂抹在應變片、接線頭以及導線束的 范圍內(nèi)，兩側都涂抹完畢后晾干；②鏟一些硅酮置于青銅條的中部，且使硅酮呈帶狀；靜置一天，讓硅酮自主的擴散 到青銅條的邊緣，然后即可用相同的方法處理另外一側；4)建立電橋將裝置與信號放大器連接第一應變片與第二應變片是受拉一側，第三應變片與第四應變片是受壓一側；整 個電路使用惠斯通電橋，紅色導線和白色導線是輸入電壓，綠色導線和黑色導線是輸出電 壓；該裝置不會輸出壓應變和拉應變，而測得的是彎曲應變，用7針串口與放大器連接。采取上述方案的三軸儀應變測量用微型應變儀及其制作方法，由于其對于試樣變 形的測量結果是利用貼在試樣上的測量器直接感應得到的，這就可以避免由于儀器的微小 變形給實驗結果帶來的影響，從而提高了三軸試驗儀的測量精度，這對很多需要使用三軸 試驗儀的研究帶來很大的幫助。綜上所述，本發(fā)明是一種利用直接貼在試樣側面的局部微型應變儀，來測量試樣 中部向外的彎曲應變，能大幅度提高測量精度，其制作方法可行。
圖1是改制接線頭示意圖；圖2是改制后的接線頭結構示意圖；圖3是排列放置應變片示意圖；圖4是排列放置接線頭示意圖；圖5是將應變片和接線頭貼到青銅條上示意圖；圖6是處理主導線示意圖；圖7是焊接應變片和接線頭一面示意圖；圖8是焊接應變片和接線頭另一面示意圖；圖9是焊接主導線和接線頭第一步示意圖；圖10是焊接主導線和接線頭第二步示意圖；圖11是焊接主導線和接線頭第三步示意圖；圖12是焊接主導線和接線頭第四步示意圖；圖13是涂抹覆蓋層示意圖；圖14是本發(fā)明結構示意圖；圖15是惠斯通電橋示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。參見圖13、圖14和圖15，在青銅條5—側貼有第一應變片1、第二應變片2和第一 接線頭6，第一應變片1和第二應變片2與第一接線頭6電連接，在青銅條5的另一側貼有 第三應變片3、第四應變片4和第二接線頭7，第三應變片3和第四應變片4與第二接線頭7電連接，第一接線頭6和第二接線頭7通過導線8與信號放大器電連接，在青銅條5、第一 應變片1、第二應變片2、第一接線頭6、第三應變片3、第四應變片4和第二接線頭7上覆蓋 有硅酮9。本發(fā)明提供的三軸儀應變測量用微型應變儀的制作方法，具體步驟如下1)將應變片貼到青銅條上①制作一個參考底板10在行距1mm的方格紙上畫兩條平行線11，其間隔等于青銅條5的寬度，再畫一條貫 穿線17垂直穿過兩條平行線11的中部，將方格紙放入一個聚乙烯塑料袋12中；②改制接線頭參見圖1和圖2，將現(xiàn)有的接線頭切成3條，保證兩邊的兩條寬度之和等于青銅條 5的寬度；用透明膠帶13將兩邊的兩條粘在一起，使焊接點14在外側并且焊接點14朝向 透明膠帶13有粘性的一邊，剪去多余的膠帶，將接線頭分割成多片接線頭18，保證每一片 上有4個焊接點14 ；③排列放置應變片和接線頭參見圖3，將一段透明膠帶13沿著參考底板10上的平行線11固定在參考底板10 上，透明膠帶13有粘性的一邊朝上，然后將兩個應變片15粘在透明膠帶13上，保證兩個應 變片15擺放方向相同且都在平行線11內(nèi)部，并且應變片15的連接導線16的一側要對著 透明膠帶13 ；參見圖4，將一個改制好的接線頭18緊挨著應變片15固定到應變片15的導線16 上，保證接線頭18有焊接點14的一側向下，然后將整條透明膠帶13從參考底板10上取 下；④將應變片和接線頭貼到青銅條上參見圖5，將青銅條5切成矩形，寬X長X厚為3. 5X70X0. 2mm;用砂紙打磨青 銅條5兩側，再用紗布蘸丙酮溶劑清潔青銅條5 ；然后青銅條5用膠帶固定到參考底板10 上，保持青銅條5相對于平行線11中部的貫穿線17對稱；將第③步中貼有應變片15和接線頭18的透明膠帶13貼到青銅條5上，貼有應變 片15的一側向下，保證應變片15和接線頭18相鄰一側的邊緣與貫穿線17重合，并且應變 片15和接線頭18不能超出青銅條5的范圍；將靠近接線頭18 —端的透明膠帶13抬起，在應變片15和接線頭18上各點一滴 黏合劑，將透明膠帶13迅速放回青銅條5上，在透明膠帶13上蓋一個聚乙烯的塑料袋并用 拇指用力壓住應變片15和接線頭18，20°C時要按壓1分鐘，期間不要移動手指；將裝置在室溫下放置至少4小時，然后按相同的方法貼青銅條5另一邊的應變片 15，一天以后將透明膠帶13慢慢地除下，用酒精洗去粘狀物；2)布置線路①處理主導線參見圖6，將一根四芯導線剪下60cm，將外層絕緣皮去掉，只留下四根聚四氟乙烯 包裹紅色導線20、白色導線21、黑色導線22、綠色導線23作為主導線19 ；將主導線19 一端 的紅色導線20、白色導線21、黑色導線22、綠色導線23分散開5cm，并將每根紅色導線20、 白色導線21、黑色導線22、綠色導線23的末端1cm的絕緣皮去下；從主導線19的另一端剪
7下4cm長的一段，并拆散成4條紅色導線20、白色導線21、黑色導線22、綠色導線23，將紅 色導線20和白色導線21兩端的絕緣皮去掉，僅剩下中間12mm ；用類似的方法處理黑色導 線22和綠色導線23的短導線，差別是絕緣皮只要剩下中間的7mm ；將除下來的四種顏色的 聚四氟乙烯導線管每種顏色保留4mm，在后面步驟中要用到；將4種顏色的短導線對應各自 的顏色與主導線19上的四條紅色導線20、白色導線21、黑色導線22、綠色導線23分別擰成 股，然后將整條主導線19上裸露導線絲的部位分別焊接為一體；②焊接應變片和接線頭參見圖7和圖8，將兩個應變片15靠外側的連接導線16分別焊接到接線頭18相 應的近端焊接點14上，銅條兩側共4個，注意焊接時要使連接導線16保持成拱狀；將應變片15進行編號，應變片15受拉一側編為第一應變片1和第二應變片2，另 外一側編為第三應變片3和第四應變片4 ；然后將事先準備的導線管套在每個應變片剩下 的導線上，第一應變片1、第二應變片2、第三應變片3、第四應變片4分別對應紅、白、綠、黑 四種顏色的導線管；用鑷子24將每個導線管都彎曲成U型，然后把導線分別焊接到對應的 焊接點14上；③焊接主導線和接線頭參見圖9，分別把主導線19上綠色導線23和黑色導線22的導線頭焊接到第三應 變片3和第四應變片4對應的第二接線頭7的焊接點14上，使綠色導線23和黑色導線22 的短導線保持在外側；參見圖10，將黑、綠短導線彎到青銅條5的另一側，分別焊接到第一應變片1和第 二應變片2對應的第一接線頭6的焊接點14上；參見圖11和圖12，分別把主導線19上紅色導線20和白色導線21的導線頭焊接 到第一應變片1和第二應變片2對應的第一接線頭6的焊接點14上，使紅色導線20和白 色導線21的短導線保持在內(nèi)側；將兩條短導線交叉后彎到青銅條5的另一側，分別把紅色 導線20和白色導線21的短導線焊接到第三應變片3和第四應變片4對應的第二接線頭7 的焊接點14上；將紅色導線20、白色導線21、綠色導線23和黑色導線22 —起綁到青銅條5的邊 緣固定；3)涂抹覆蓋層①將整個裝置表面處理干凈后將表面處理劑涂抹在應變片、接線頭以及導線束的 范圍內(nèi)，兩側都涂抹完畢后晾干。②參見圖13，鏟一些硅酮9置于青銅條5的中部，且使硅酮9呈帶狀；靜置一天， 讓硅酮9自主的擴散到青銅條5的邊緣，然后即可用相同的方法處理另外一側；4)建立電橋將裝置與信號放大器連接參見圖14和圖15，第一應變片1與第二應變片2是受拉一側，第三應變片3與第 四應變片4是受壓一側；整個電路使用惠斯通電橋，紅色導線20和白色導線21是輸入電 壓，綠色導線23和黑色導線22是輸出電壓；該裝置不會輸出壓應變和拉應變，而測得的是 彎曲應變，用7針串口與放大器連接。
權利要求
一種三軸儀應變測量用微型應變儀，其特征是在青銅條(5)一側貼有第一應變片(1)、第二應變片(2)和第一接線頭(6)，所述的第一應變片(1)和第二應變片(2)與所述的第一接線頭(6)電連接，在青銅條(5)的另一側貼有第三應變片(3)、第四應變片(4)和第二接線頭(7)，所述的第三應變片(3)和第四應變片(4)與所述的第二接線頭(7)電連接，所述的第一接線頭(6)和第二接線頭(7)通過導線(8)與信號放大器電連接，在所述的青銅條(5)、第一應變片(1)、第二應變片(2)、第一接線頭(6)、第三應變片(3)、第四應變片(4)和第二接線頭(7)上覆蓋有硅酮(9)。
2.制作權利要求1所述的三軸儀應變測量用微型應變儀的方法，將應變片貼到青銅條 上一布置線路一涂抹覆蓋層一將裝置與信號放大器連接，其特征是具體步驟如下1)將應變片貼到青銅條上①制作一個參考底板(10)在方格紙上畫兩條平行線(11)，其間隔等于青銅條(5)的寬度，再畫一條貫穿線(17) 垂直穿過兩條平行線(11)的中部，將方格紙放入一個聚乙烯塑料袋(12)中；②改制接線頭將現(xiàn)有的接線頭切成3條，保證兩邊的兩條寬度之和等于青銅條(5)的寬度；用透明膠 帶(13)將兩邊的兩條粘在一起，使焊接點(14)在外側并且焊接點(14)朝向透明膠帶(13) 有粘性的一邊，剪去多余的膠帶，將接線頭分割成多片接線頭(18)，保證每一片上有4個焊 接點(14)；③排列放置應變片和接線頭將一段透明膠帶(13)沿著參考底板(10)上的平行線(11)固定在參考底板(10)上， 透明膠帶(13)有粘性的一邊朝上，然后將兩個應變片(15)粘在透明膠帶(13)上，保證兩 個應變片(15)擺放方向相同且都在平行線(11)內(nèi)部，并且應變片(15)的連接導線(16) 的一側要對著透明膠帶(13)；將一個改制好的接線頭(18)緊挨著應變片(15)固定到應變 片(15)的連接導線(16)上，保證接線頭(18)有焊接點(14)的一側向下，然后將整條透明 膠帶(13)從參考底板(10)上取下；④將應變片和接線頭貼到青銅條上將青銅條(5)切成矩形，用砂紙打磨青銅條(5)兩側，再用紗布蘸丙酮溶劑清潔青銅條(5)；然后青銅條(5)用膠帶固定到參考底板(10)上，保持青銅條(5)相對于平行線(11) 中部的貫穿線(17)對稱；將第③步中貼有應變片(15)和接線頭(18)的透明膠帶(13)貼 到青銅條(5)上，貼有應變片(15)的一側向下，保證應變片(15)和接線頭(18)相鄰一側 的邊緣與貫穿線(17)重合，并且應變片(15)和接線頭(18)不能超出青銅條(5)的范圍； 將靠近接線頭(18) —端的透明膠帶(13)抬起，在應變片(15)和接線頭(18)上各點一滴 黏合劑，將透明膠帶(13)迅速放回青銅條(5)上，在透明膠帶(13)上蓋一個塑料袋并壓住 應變片(15)和接線頭(18)，20°C時要按壓1分鐘；在室溫下放置至少4小時，然后按相同 的方法貼青銅條(5)另一邊的應變片(15)，一天以后將透明膠帶(13)慢慢地除下，用酒精 洗去粘狀物；2)布置線路①處理主導線將一根四芯導線剪下60cm，將外層絕緣皮去掉，只留下四根聚四氟乙烯包裹紅色導線(20)、白色導線(21)、黑色導線(22)、綠色導線(23)作為主導線(19)；將主導線(19) 一端 的紅色導線(20)、白色導線(21)、黑色導線(22)、綠色導線(23)分散開5cm，并將紅色導 線(20)、白色導線(21)、黑色導線(22)、綠色導線(23)的末端lcm的絕緣皮分別去下；從 主導線(19)的另一端剪下4cm長的一段，并拆散成紅色導線(20)、白色導線(21)、黑色導 線(22)、綠色導線(23)，將紅色導線(20)和白色導線(21)兩端的絕緣皮去掉，僅剩下中 間12mm;用類似的方法處理黑色導線(22)和綠色導線(23)的短導線，差別是絕緣皮只要 剩下中間的7mm ；將除下來的四種顏色的聚四氟乙烯導線管每種顏色保留4mm ；將4種顏色 的短導線對應各自的顏色與主導線(19)上的四條紅色導線(20)、白色導線(21)、黑色導線 (22)、綠色導線(23)分別擰成股，然后將整條主導線(19)上裸露導線絲的部位分別焊接為 一體；②焊接應變片和接線頭將兩個應變片(15)靠外側的連接導線(16)分別焊接到接線頭(18)相應的近端焊接 點(14)上，青銅條(5)兩側共4個，注意焊接時要使連接導線(16)保持成拱狀；將應變片 (15)進行編號，應變片(15)受拉一側編為第一應變片(1)和第二應變片(2)，另外一側編 為第三應變片(3)和第四應變片(4)；然后將事先準備的導線管套在每個應變片剩下的導 線上，第一應變片(1)、第二應變片(2)、第三應變片(3)、第四應變片(4)分別對應紅、白、 綠、黑四種顏色的導線管；用鑷子(24)將每個導線管都彎曲成U型，然后把導線分別焊接到 對應的焊接點(14)上；③焊接主導線和接線頭分別把主導線(19)上綠色導線(23)和黑色導線(22)的導線頭焊接到第三應變片(3) 和第四應變片⑷對應的第二接線頭⑵的焊接點(14)上，使綠色導線(23)和黑色導線 (22)的短導線保持在外側；將黑、綠短導線彎到青銅條(5)的另一側，分別焊接到第一應變 片⑴和第二應變片⑵對應的第一接線頭(6)的焊接點(14)上；分別把主導線(19)上 紅色導線(20)和白色導線(21)的導線頭焊接到第一應變片(1)和第二應變片(2)對應的 第一接線頭(6)的焊接點(14)上，使紅色導線(20)和白色導線(21)的短導線保持在內(nèi)側； 將兩條短導線交叉后彎到青銅條(5)的另一側，分別把紅色導線(20)和白色導線(21)的 短導線焊接到第三應變片(3)和第四應變片(4)對應的第二接線頭(7)的焊接點(14)上； 將紅色導線(20)、白色導線(21)、綠色導線(23)和黑色導線(22) —起綁到青銅條(5)的 邊緣固定；3)涂抹覆蓋層①將整個裝置表面處理干凈后將表面處理劑涂抹在應變片、接線頭以及導線束的范圍 內(nèi)，兩側都涂抹完畢后晾干；②鏟一些硅酮(9)置于青銅條(5)的中部，且使硅酮(9)呈帶狀，讓硅酮(9)自主的擴 散到青銅條(5)的邊緣，然后即可用相同的方法處理另外一側；4)建立電橋將裝置與信號放大器連接第一應變片(1)與第二應變片(2)是受拉一側，第三應變片(3)與第四應變片(4)是 受壓一側；整個電路使用惠斯通電橋，紅色導線(20)和白色導線(21)是輸入電壓，綠色導 線(23)和黑色導線(22)是輸出電壓；該裝置不會輸出壓應變和拉應變，而測得的是彎曲應 變，用7針串口與放大器連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三軸儀應變測量用微型應變儀及其制作方法，在青銅條(5)一側貼有第一應變片(1)、第二應變片(2)和第一接線頭(6)，第一應變片(1)和第二應變片(2)與第一接線頭(6)電連接，在青銅條(5)的另一側貼有第三應變片(3)、第四應變片(4)和第二接線頭(7)，所述的第三應變片(3)和第四應變片(4)與所述的第二接線頭(7)電連接，所述的第一接線頭(6)和第二接線頭(7)通過導線(8)與信號放大器電連接，在所述的青銅條(5)、第一應變片(1)、第二應變片(2)、第一接線頭(6)、第三應變片(3)、第四應變片(4)和第二接線頭(7)上覆蓋有硅酮(9)。本發(fā)明是一種利用直接貼在試樣側面的微型應變儀，來測量試樣中部向外的彎曲應變，能大幅度提高測量精度，其制作方法可行。
文檔編號G01N3/24GK101865649SQ20101019143
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者何玉榮, 師巖哲, 李建中 申請人:中南大學