以叉指布置也可相反;所述叉指布 置是指:兩敏感柵的各敏感段軸線所在平面上，在與敏感段軸線垂直方向上兩敏感柵的敏 感段錯落分布，對在該方向上兩敏感柵之敏感段分別出現(xiàn)的次序和次數(shù)不做限制。由于上 敏感柵2、中敏感柵3和下敏感柵4的相對位置由應(yīng)變片生產(chǎn)工藝保證被相當(dāng)精確地固定了， 這也是本發(fā)明能檢測工件應(yīng)變橫向偏導(dǎo)數(shù)的關(guān)鍵之一。
[0055] 綜上所述，本發(fā)明上敏感柵2、中敏感柵3和下敏感柵4在相同應(yīng)變下電阻變化值呈 5:12:7的比例關(guān)系，各敏感柵中心軸向無偏差橫向有偏差、上敏感柵2中心到中敏感柵3中 心的距離與中敏感柵3中心到下敏感柵4的距離相等。
[0056] 令自由狀態(tài)下上敏感柵2電阻為Ruo，中敏感柵3電阻為Rmq，下敏感柵4電阻為Rlq，應(yīng) 有Ruo+Rlo=Rmo=Ro。將本發(fā)明的應(yīng)變片安置于某有表面應(yīng)變時，上敏感柵2電阻為Ro+ΔRu，中敏感柵3電阻為Ro+ △Rm，下敏感柵4電阻為R〇+ △Rl;另一方面，上敏感柵2以及下敏感柵4 的中心分別位于圖2中y軸與xu的交點以及y軸與xl的交點，橫向上相距2Δyi。利用敏感柵電 阻與表面應(yīng)變的關(guān)系以及數(shù)值微分的公式(3)有：
[0057]
[0058] 其中歹下敏感柵4中心下方2Ayi位置，也就是圖2中y軸與XQ軸的交點，ευ為上敏感 柵2中心處的應(yīng)變，εΜ為中敏感柵3中心處的應(yīng)變，為下敏感柵4中心處的應(yīng)變。這即是本實 施例測量表面應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的原理。特別注意，上式所計算的數(shù)值微分為下敏感柵4中心下 方2 △yi位置的應(yīng)變橫向一階偏導(dǎo)，該位置為應(yīng)變片下邊緣外側(cè)，因此具有便于測量工件角 落處、邊緣處等對應(yīng)變片有尺寸限制部位的橫向一階偏導(dǎo)的優(yōu)勢。結(jié)合圖2,下敏感柵4的引 腳5-5和5-6的下緣與下敏感柵最下方敏感段的橫向距離很小或者甚至引腳下緣位于下敏 感柵最下方敏感段的上方，目的是減小下敏感柵中心到應(yīng)變片下側(cè)邊緣的距離，以便于進 一步發(fā)揮上述優(yōu)勢。
[0059]將本實施例配合電橋可用于測量應(yīng)變、應(yīng)變橫向一階偏導(dǎo)，假設(shè)電橋輸入電壓為 m、輸出電壓為U。，測量電橋的示意圖見圖3。在無工件應(yīng)變作用時，電橋各橋臂電阻依順時 針方向分別標(biāo)記為心、1? 2、1?3、1?4，在不會混淆的情況下也用這些符號標(biāo)記電阻所在電橋。每 個電橋上可以安放應(yīng)變片的敏感柵或者電阻。與一般的應(yīng)變片布置相同，如果在多個橋臂 上安置敏感柵，對各安置位置的次序、應(yīng)變有定性的要求。無工件應(yīng)變作用時，電橋的輸出 電壓公式為
[0060]
[0061]此時，要求電橋平衡也就是11。= 0,于是必須滿足所謂電橋平衡條件RiR3_R2R4 = 0， 采用的電橋進一步滿足
[0062]Ri=R2 =R3 =R4, (6)因為，第一，滿足條件(6)時，根據(jù)有關(guān)理論應(yīng)變片 靈敏度最高;第二，測量應(yīng)變或者應(yīng)變橫向偏導(dǎo)的方法均要求條件(6)成立。當(dāng)應(yīng)變片隨外 界應(yīng)變也發(fā)生應(yīng)變時，上述電橋平衡條件一般不再成立，此時
[0063]
[0064]由于ΔRi< <Ri(i= 1，2，3，4)故第一個》成立，第二個《當(dāng)ΔRrΔR2與ΔR3-ΔR4 同號或者異號但IAR^ARsI與IAR3-AR4|不十分接近時成立，在工程上合理選擇應(yīng)變片 安置位置完全可以實現(xiàn)。一般可用式（7)獲取的電壓測量應(yīng)變;對應(yīng)變橫向偏導(dǎo)可結(jié)合式 (4)和式(7)，合理地設(shè)計安排各橋臂敏感柵和電阻，例如橋臂布置中敏感柵3,橋臂R2串聯(lián) 布置上敏感柵2和下敏感柵4,其余橋臂配置等值電阻，可獲得與下敏感柵4中心下方2Ayi 處應(yīng)變橫向一階偏導(dǎo)呈線性關(guān)系的電壓值u。，該電壓為微弱信號需進行放大。
【主權(quán)項】
1. 一種可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片，包括基底，其特征 在于:所述金屬應(yīng)變片還包括三個敏感柵，每個敏感柵的兩端分別連接一根引腳，所述基底 上固定所述三個敏感柵； 每一敏感柵包括敏感段和過渡段，所述敏感段的兩端為過渡段，所述敏感段呈細長條 形，所述過渡段呈粗短形，所述敏感段的電阻遠大于所述過渡段的電阻，相同應(yīng)變狀態(tài)下所 述敏感段的電阻變化值遠大于所述過渡段的電阻變化值，所述過渡段的電阻變化值接近于 0； 每個敏感段的所有橫截面形心構(gòu)成敏感段軸線，該敏感段軸線為一條直線段，所述三 個敏感柵中各敏感段的軸線平行并且位于同一平面中，敏感段軸線所確定平面內(nèi)，沿所述 敏感段軸線方向即軸向，與軸向垂直的方向為橫向；每個敏感段上存在其兩側(cè)電阻值相等 的一個橫截面，取該截面形心位置并以該敏感段電阻值為名義質(zhì)量構(gòu)成所在敏感段的名義 質(zhì)點，各個敏感段的名義質(zhì)點共同形成的質(zhì)心位置為敏感柵的中心； 三個敏感柵中心軸向上無偏差，橫向上有偏差;三個敏感柵按敏感柵中心位置的順序， 沿橫向從上至下分別稱為上敏感柵、中敏感柵和下敏感柵;上敏感柵中心與中敏感柵中心 的距離為△yl，中敏感柵中心與下敏感柵中心的距離為△yl，各敏感段軸線所確定平面上， 上敏感柵與中敏感柵呈叉指布置，中敏感柵與下敏感柵呈叉指布置； 上敏感柵、中敏感柵和下敏感柵的敏感段總電阻呈5:12:7的比例關(guān)系，上敏感柵、中敏 感柵和下敏感柵的敏感段在相同的應(yīng)變下敏感段的總電阻變化值也呈5:12:7的比例關(guān)系。2. 如權(quán)利要求1所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片，其 特征在于:每個敏感段的所有橫截面形狀尺寸一致，取每個敏感段的軸線中點位置并以該 敏感段電阻值為名義質(zhì)量構(gòu)成所在敏感段的名義質(zhì)點，所述上敏感柵、中敏感柵和下敏感 柵的敏感段總長度呈5:12:7的比例關(guān)系。3. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述上敏感柵與下敏感柵呈叉指布置。4. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述下敏感柵的引腳的下緣與下敏感柵最下方敏感段的橫向距離很小或者甚 至引腳下緣位于下敏感柵最下方敏感段的上方。5. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述金屬應(yīng)變片還包括蓋片，所述蓋片覆蓋于所述敏感柵和基底上。6. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述敏感柵為絲式、箱式、薄膜式或厚膜式敏感柵。7. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述基底為膠膜基底、玻璃纖維基底、石棉基底、金屬基底或臨時基底。8. 如權(quán)利要求1或2所述的可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片， 其特征在于:所述三個敏感柵上、中、下布置在基底上。
【專利摘要】一種可測量片外橫向偏導(dǎo)的橫向偏差三敏感柵叉指金屬應(yīng)變片，包括基底和固定其上的三個敏感柵；各敏感柵包括敏感段和過渡段，所有敏感段軸線呈共面平行直線；該平面內(nèi)，沿軸線方向即軸向，與軸向垂直的方向為橫向；三個敏感柵中心軸向上無偏差，橫向上有偏差；各敏感柵按敏感柵中心位置的順序，沿橫向從上至下分別稱為上敏感柵、中敏感柵和下敏感柵；各敏感段軸線所確定平面上，上敏感柵與中敏感柵、中敏感柵與下敏感柵分別呈叉指布置；上敏感柵、中敏感柵和下敏感柵的敏感段在相同的應(yīng)變下總電阻變化值呈5：12：7的比例。本發(fā)明能測量下敏感柵中心下外側(cè)至該中心間距等于該中心到上敏感柵中心間距處的橫向一階偏導(dǎo)。
【IPC分類】G01B7/16
【公開號】CN105423895
【申請?zhí)枴緾N201510882917
【發(fā)明人】張端
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月4日