[发明专利]变形测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及应力测定领域，特别涉及一种变形测定装置。

背景技术

变形测定装置通常包括变形测定元件即变形应变计单元，变形测定元件通常固定在需要被测试变形的弹性体之上，将变形测定元件设置到弹性体的表面上后，能够测试弹性体的变形。变形测定元件将测得的弹性体的变形转换为测试信号如机械性、电气性、磁性或光学性的信号输出。

变形测定元件包括将变形转化为信号的敏感栅以及电气绝缘的基材，敏感栅通常采用电阻薄片。现有技术中，弹性体通常为导电的金属(铝、合金钢、不锈钢)，与检测变形的电阻薄片之间必须有电气绝缘的基材，而这种基材通常是有机材料、是柔性的。

将电阻薄片和基材做成一体称为应变计或称变形应变计，变形应变计由一个以上的变形应变计单元即变形测定元件组成。将变形应变计固定到弹性体的表面上后，能够测试弹性体的变形。在制造称重传感器时，将变形应变计与弹性体使用胶黏剂进行贴合，这样，将需要被称重的负载放置在弹性体上，使弹性体产生变形，该变形通过变形应变计进行测量，根据测量结果能够换算得到负载的重量，从而实现称重。

采用上述称重传感器做秤时，秤体除了称重传感器之外，还需要采用承重架、称重平台等承重结构体，承重结构体与称重传感器中的弹性体是不同的部件，其间需要有力的传递机构。

由上可知，变形测定装置包括了由敏感栅以及基材组成的变形测定元件，变形测定元件固定在弹性体上之后能够测试弹性体的变形；将变形测定元件和弹性体进行组合后能够形成称重传感器；而称重传感器结合承重结构体则能形成日常生活中可直接使用的秤。

上述变形测定装置中，敏感栅的材料在弹性体发生变形后也会发生变形，敏感栅根据其材料本身的变形转换为相应的能够输出的测试信号如机械性、电气性、磁性或光学性的信号。

敏感栅测试变形的原理是基于胡克定律，目前以秤重为中心得到了广泛的应用。在弹性变形范围内，固体的变形与外力的比例呈线性，这一原理已得到普遍公认，被应用于弹簧等许多实际领域。

应用于变形检测和测定的变形应变计有多种实现方式，所有这些都是以胡克定律为基础，将变形产生的变化转换为机械性、电气性、磁性或光学性变化，并以此作为检测器来加以应用。

但是，胡克定律只在有限的应力范围内成立，绝大多数用于弹性体的材料在高应力下会发生塑性变形，脱离胡克定律，显示出非线性响应。

由于传统变形应变计基材的材料是塑性的，也会追随弹性体发生塑性变形，使得变形应变计失去线性，会发生所谓的履历效果引起误差。同时超出弹性极限导致复原力丧失，从而降低了重复性。若继续承受应力则最终导致破坏。

另一方面，作为几乎没有塑性变形或事实上完全没有塑性变形的材料，为人熟知的有玻璃和陶瓷等。这些材料，即所谓的脆性材料几乎不显示塑性变形之特性。所以，根据胡克定律加载负载后，脆性材料会发生与应力成比例的变形，材料达到可承受最大应力以上后会引起脆性破坏。这表明以玻璃或陶瓷作为检测变形的弹性体或基材时，在达到脆性破坏之前，将始终具有优良的应力—变形的线性和重复性。

玻璃和陶瓷长期以来由于其弹性变形极限过小(一般小于10-3)，因此现有技术认为玻璃和陶瓷不适合应用于秤量等通用的变形测定。

电阻应变计检测法即采用金属电阻作为敏感栅实现变形信号转换的方法是大家所熟知的将变形转换成电气信号的测定方法，通过检测由金属电阻体的体积变化导致的电阻变化来检测变形。该方法的典型实例如下：将金属电阻线或被加工为线路状的金属电阻薄片固定于环氧树脂或聚酰亚胺树脂等电气绝缘的有机基材上构成变形应变计，将其用胶黏剂贴合在需要检测变形的弹性体上。这类变形应变计成本相对比较低廉，在称重传感器上得到了广泛的应用。

但这种技术依然存在下述局限：

1)、在采用金属电阻作为敏感栅的变形应变计中，由于敏感栅需要固定于环氧树脂或聚酰亚胺树脂等电气绝缘的有机基材上，而这些电气绝缘的基材是柔性的、没有弹性。当弹性体的负载过大，超过其屈服点，从而发生柔性变形时，基材会随之发生塑性变形。这时电阻薄片会依然工作，输出非线性的信号，造成误差。由于现有变形应变计中的柔性基材不可避免具有塑性变形特性，无法消除塑性变形带来的误差。

2)、将变形应变计做进一步的应用形成称重传感器时，由上面描述可知，需要变形应变计贴合到弹性体上，不仅耗费人工，而且由于人工作业的局限，应变计不能做得太小，从而也限制了称重传感器的小型化。