一種應變計及其制造和安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種安裝快速，測試精度高，耐濕熱性好，穩(wěn)定性強，適合大中型金屬構(gòu)件應力應變測試的應變計及其制造和安裝方法。所述應變計，包括金屬基礎(chǔ)體、粘接劑層、電阻應變計、防潮層、信號引線和防護層；電阻應變計通過粘接劑層固定安裝在金屬基礎(chǔ)體上；信號引線與電阻應變計的焊盤相電連接引出；防潮層包覆在電阻應變計的表面，防護層包覆在防潮層表面。制造方法包括如下步驟，a用膠粘劑將電阻應變計粘貼在金屬基礎(chǔ)體上；b從電阻應變計焊盤上引出信號引線；c用防潮膠在電阻應變計表面形成覆蓋面積大于電阻應變計的防潮層；d用防護膠在防潮層表面形成覆蓋面積大于防潮層的防護層。安裝時采用點焊設(shè)備將應變計熔融焊接在被測金屬構(gòu)件上。
【專利說明】一種應變計及其制造和安裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到應變計和其制造，具體為一種焊接式應變計及其制造和安裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在應變電測領(lǐng)域，一般使用粘貼式電阻應變計安裝在被測構(gòu)件表面，來測量被測構(gòu)件表面的應力應變狀況，然后通過測量結(jié)果，直接或間接的推倒出與被測構(gòu)件變形相關(guān)的其他參數(shù)。在安裝粘貼式應變計的過程中需要使用膠粘劑，這種膠粘劑可分為兩大類:常溫固化膠粘劑和高溫固化膠粘劑。常溫固化膠粘劑的特點，使用便捷，成本低，易獲得，但耐濕熱性、長期穩(wěn)定性相對較差，適合通用應力分析；高溫固化膠粘劑的特點，響應精度高，耐溫性和長期穩(wěn)定性較好，但使用方法復雜，條件苛刻，適合小構(gòu)件高精度應變測量或高精度應變式傳感器。
[0003]隨著測試計量技術(shù)的日益發(fā)展，有許多大中型構(gòu)件需要高精度、長期穩(wěn)定的測試方法或產(chǎn)品來滿足市場或?qū)嶋H測試需求的解決。利用現(xiàn)有粘貼式應變計來測量被測構(gòu)件的應力應變，安裝方法復雜，要求的條件苛刻，對安裝應變計人員的技術(shù)水平要求較高，安裝應變計耗時較長，而且達不到預期的高精度、長期測試的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種安裝快速，測試精度高，耐濕熱性好，穩(wěn)定性強，適合大中型金屬構(gòu)件應力應變測試的應變計及其制造和安裝方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明一種應變計，包括金屬基礎(chǔ)體、粘接劑層、電阻應變計、防潮層、信號引線和防護層；電阻應變計通過粘接劑層固定安裝在金屬基礎(chǔ)體上；信號引線與電阻應變計的焊盤相電連接引出；所述防潮層包覆在電阻應變計的表面，其覆蓋面積大于電阻應變計的表面積，防潮層的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體上；防護層包覆在防潮層表面，其覆蓋面積大于防潮層的表面積，防護層的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體上。
[0007]進一步，金屬基礎(chǔ)體與電阻應變計的連接表面上設(shè)置有通過化學蝕刻或激光燒刻的標識圖案；標識圖案包括用于定位電阻應變計貼片時位置的限位標，以及用于標識焊接安裝電阻應變計時所需位置的點位標和定位線。
[0008]優(yōu)選的，金屬基礎(chǔ)體采用厚度為0.035mm?0.35mm的不銹鋼鋼片或不銹鋼鋼網(wǎng)。
[0009]優(yōu)選的，信號引線的引出部分通過纏繞在信號引線周向的引線帶箍固定在金屬基礎(chǔ)體上。
[0010]本發(fā)明一種應變計制造方法，包括如下步驟，
[0011]步驟a，用膠粘劑將電阻應變計粘貼在金屬基礎(chǔ)體上；
[0012]步驟b，從電阻應變計焊盤上引出信號引線；
[0013]步驟C，用防潮膠在電阻應變計表面形成防潮層，防潮層覆蓋面積大于電阻應變計；
[0014]步驟d，用防護膠在防潮層表面形成防護層，防護層覆蓋面積大于防潮層。
[0015]優(yōu)選的，在粘貼電阻應變計之前，對金屬基礎(chǔ)體進行調(diào)質(zhì)熱處理，并通過化學蝕刻或激光燒刻形成輔助電阻應變計粘貼或焊接安裝的圖案；焊接時采用與金屬基礎(chǔ)體的線膨脹系數(shù)相匹配的溫度自補償電阻應變計。
[0016]優(yōu)選的，步驟b中，信號引線引出后，用引線帶箍將引出的信號引線固定在金屬基礎(chǔ)體上；所述引線帶箍為0.035mm?0.35mm的鋼帶。
[0017]本發(fā)明一種用于安裝如進一步中所述應變計的方法，采用直流或交流或變頻或逆變式的點焊設(shè)備將應變計熔融焊接在被測金屬構(gòu)件上；具體的包括如下步驟，
[0018]I)采用與金屬基礎(chǔ)體相同材質(zhì)的金屬薄片在被測金屬構(gòu)件上試焊，調(diào)整好焊接參數(shù)；
[0019]2)采用矩形框的焊接痕跡進行順序焊接，焊接順序如下，先由長度邊的中心點向一側(cè)點焊，再由該焊接邊的對稱邊的中心點向同側(cè)的點焊；接著完成首先點焊的長度邊剩余部分由中心點向另一側(cè)的點焊，然后完成該焊接邊的對稱邊的中心點向另一側(cè)的點焊；采用相同的方法點焊矩形焊接痕跡的兩個寬度邊。
[0020]優(yōu)選的，應變計焊接完成后，對金屬基礎(chǔ)體的焊接部位采用溫度時效處理或多次疲勞載荷處理或焊接部位局部三次以上的振動處理。對應變計進行涂布常溫固化的環(huán)氧樹脂或聚氨酯或硅膠的包覆處理。
[0021]優(yōu)選的，步驟2)中的焊接操作完成后，再重復焊接操作I?2次，焊接的順序與步驟2)的順序相同，焊接的點位位于步驟2)中焊接點位標的外側(cè)；后續(xù)焊接的點位與相鄰的點位標形成等腰三角形或等邊三角形設(shè)置。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0023]本發(fā)明所述的應變計和制造方法，通過設(shè)置的金屬基礎(chǔ)體為電阻應變計提供了穩(wěn)定可靠且能夠確保兩者可靠連接的載體，利用設(shè)置的防潮層和防護層能夠都包裹在兩者與金屬基礎(chǔ)體之間的電阻應變計耐濕熱性好，對機械損傷防護等級高，為電阻應變計的測試提供一個相對穩(wěn)定的環(huán)境和可靠的安全保障，使其能夠完全適應中長期的應力測試中；通過引出的信號引線能夠?qū)⑵涞臏y試結(jié)果輸出；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低，方便使用，測試精度高。
[0024]進一步的，利用對金屬基礎(chǔ)體的調(diào)質(zhì)熱處理，通過先淬火再回火后，能夠獲得高的強度，又具有良好的塑性和韌性相匹配，金屬基礎(chǔ)體的質(zhì)體更均勻，內(nèi)部殘余應力更低。通過在金屬基礎(chǔ)體上設(shè)置的標識圖案，能夠準確的為應變計的安裝，以及電阻應變計的裝配提供準確的安裝位置和定位基準，保證了其對經(jīng)金屬基礎(chǔ)體傳遞應力的精確測量；利用邊框線和其厚度要求對金屬基礎(chǔ)體尺寸的限制，不僅能夠保證應力的準確傳遞，也能夠保證應變計整體的強度和剛性，使其工作穩(wěn)定可靠。
[0025]進一步的，通過引線帶箍將引線固定，能夠保證引線位置的固定，避免引線活動對防潮層和防護層的損傷，提高了整體的防護性能。
[0026]本發(fā)明所述的安裝方法，只需用點焊設(shè)備按所述的方法點焊焊接式應變計金屬基礎(chǔ)體上的點位標，通過瞬間放電，形成低電壓、大電流，熔融金屬基礎(chǔ)體和被測金屬構(gòu)件，達到牢固安裝焊接式應變計的目的；通過對其安裝點焊的順序限定，能夠最大限度的避免金屬基礎(chǔ)體發(fā)生應力變形，對電阻應變計傳遞錯誤信號，保證了使用的可靠性。
[0027]進一步的，通過焊接后對焊接部位的處理，能夠消除大部分焊接應力。通過對應變計的涂覆處理，能夠進一步的對應變計進行保護，提高長期測試的可靠性和穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實例中所述應變計的剖面圖。
[0029]圖2為本發(fā)明實例中所述應變計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明實例中所述應變計安裝時的點焊順序圖。
[0031]圖中:1.金屬基礎(chǔ)體，2.粘接層，3.電阻應變計，4.防潮層，5.信號引線，6.防護層，7.引線帶箍，8.點位標，9.定位線，10.邊框線，11.限位標。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0033]本發(fā)明一種應變計，如圖1所示，包括金屬基礎(chǔ)體1、粘接劑層2、電阻應變計3、防潮層4、信號引線5和防護層6 ；電阻應變計3通過粘接劑層2固定安裝在金屬基礎(chǔ)體I上；信號引線5與電阻應變計3的焊盤相電連接引出；防潮層4包覆在電阻應變計3的表面，其覆蓋面積大于電阻應變計3的表面積，防潮層4的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體I上；防護層6包覆在防潮層4表面，其覆蓋面積大于防潮層4的表面積，防護層6的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體I上。其中，信號引線5的引出部分通過纏繞在信號引線5周向的引線帶箍7固定在金屬基礎(chǔ)體I上。
[0034]如圖2所示，金屬基礎(chǔ)體I與電阻應變計3的連接表面上設(shè)置有通過化學蝕刻或激光燒刻的標識圖案；所述的標識圖案包括用于定位電阻應變計3貼片時位置的限位標11，以及用于標識焊接安裝電阻應變計3時所需位置的點位標8和定位線9。限位標11用于確定和限制電阻應變計3與金屬基礎(chǔ)體I的相對位置；定位線9用于確定本發(fā)明焊接式的應變計安裝時其與被測結(jié)構(gòu)的相對位置。本優(yōu)選實例中，金屬基礎(chǔ)體I采用厚度為0.035mm?0.35mm的不銹鋼鋼片或不銹鋼鋼網(wǎng)。
[0035]本發(fā)明一種應變計制造方法，包括如下步驟，
[0036]步驟a，用膠粘劑將電阻應變計3粘貼在金屬基礎(chǔ)體I上；本優(yōu)選實例中在粘貼電阻應變計3之前，對金屬基礎(chǔ)體I進行調(diào)質(zhì)熱處理，并通過化學蝕刻或激光燒刻形成輔助電阻應變計3粘貼或焊接安裝的圖案；焊接時采用與金屬基礎(chǔ)體I的線膨脹系數(shù)相應的溫度自補償電阻應變計。在進行采用高性能膠粘劑粘貼電阻應變計，操作時需要一定的輔助工裝在高溫高壓條件下對膠粘劑進行固化和穩(wěn)定化處理。
[0037]步驟b，從電阻應變計3焊盤上引出信號引線5。本優(yōu)選實例中，信號引線5引出后，用引線帶箍7將引出的信號引線5固定在金屬基礎(chǔ)體上；其中，引線帶箍為0.035mm?0.35mm的鋼帶。
[0038]步驟C，用防潮膠在電阻應變計3表面形成防潮層4，防潮層4覆蓋面積大于電阻應變計3 ;本優(yōu)選實例中，在電阻應變計3表面形成防潮層之前，對電阻應變計3及金屬基礎(chǔ)體I進行清洗，采用清洗液如酒精或丁酮或丙酮超聲波清洗，然后再結(jié)合去離子水超聲波清洗，最后在60°C?100°C、10?30分鐘條件下烘干即可備用；使防潮層4和電阻應變計3及金屬基礎(chǔ)體I具有良好的結(jié)合力。
[0039]步驟d，用防護膠在防潮層4表面形成防護層6，防護層6覆蓋面積大于防潮層4。本優(yōu)選實例中，在防潮層4表面形成防護層6之前，對防潮層4及金屬基礎(chǔ)體I進行清洗，采用清洗液如酒精或丁酮或丙酮超聲波清洗，然后再結(jié)合去離子水超聲波清洗，最后在60°C?100°C、10?30分鐘條件下烘干即可備用；使防護層6和防潮層4及金屬基礎(chǔ)體I具有良好的結(jié)合力。
[0040]本發(fā)明一種用于安裝以上所述應變計的方法，采用直流或交流或變頻或逆變式的點焊設(shè)備將應變計熔融焊接在被測金屬構(gòu)件上。用專業(yè)工具將焊接式應變計一定的方法進行安裝，本優(yōu)選實例中采用電阻焊進行點焊操作為例進行說明；包括如下步驟，
[0041]I)采用與金屬基礎(chǔ)體I相同材質(zhì)的金屬薄片在被測金屬構(gòu)件上試焊，調(diào)整好焊接參數(shù)；
[0042]2)采用矩形框的焊接痕跡進行順序焊接，焊接順序如下，先由長度邊的中心點向一側(cè)點焊，再由該焊接邊的對稱邊的中心點向同側(cè)的點焊；接著完成首先點焊的長度邊剩余部分由中心點向另一側(cè)的點焊，然后完成該焊接邊的對稱邊的中心點向另一側(cè)的點焊；采用相同的方法點焊矩形焊接痕跡的兩個寬度邊。
[0043]本優(yōu)選實例中，應變計焊接完成后，對金屬基礎(chǔ)體I的焊接部位采用溫度時效處理或多次疲勞載荷處理或焊接部位局部三次以上的振動處理來消除大部分焊接應力。并且能夠在應變計上涂覆常溫固化的環(huán)氧樹脂或聚氨酯或硅膠，通過對已安裝好的焊接式應變計外圍再做一些防護，由此可提高長期測試的可靠性和穩(wěn)定性。
[0044]本優(yōu)選實例中，步驟2)中的焊接操作完成后，再重復焊接操作I?2次，焊接的順序與步驟2)的順序相同，焊接的點位位于步驟2)中焊接點位標8的外側(cè)；后續(xù)焊接的點位與相鄰的點位標8形成等腰三角形或等邊三角形設(shè)置。
[0045]具體的，如圖1所示，本發(fā)明應變計由金屬基礎(chǔ)體1、粘接層2、電阻應變計3、防潮層4、信號引線5和防護層6組成。電阻應變計3通過粘接層2牢固地貼合在金屬基礎(chǔ)體I上；防潮層4在電阻應變計3之上，完全覆蓋電阻應變計3，并且超出電阻應變計3的覆蓋面與金屬基礎(chǔ)體I牢固結(jié)合；防護層6在防潮層4之上，完全覆蓋防潮層4，并且超出防潮層4的覆蓋面與金屬基礎(chǔ)體I牢固結(jié)合；信號引線5連接電阻應變計3，通過引線帶箍7將信號引線5固定在金屬基礎(chǔ)體I上。
[0046]本發(fā)明點焊安裝的方法:如圖3所示，用所述點焊設(shè)備按圖3所示金屬基礎(chǔ)體I上的點位標8位置進行點焊，點焊點位標8的順序為Al — A2 — A3 — A4 — A5 — A6 — A7 — A8,即先選擇本發(fā)明金屬基礎(chǔ)體I的任意一邊作為Al，由所選邊中心點為Al起點，然后由中心位置向外依次點焊相應的點位標。然后選擇與Al對稱的另一邊作為A2，按與Al同向的方法，即由所選邊中心位置向外依次點焊相應的點位標。以此方法，相繼完成A3、A4、A5、A6、A7、A8等邊的點焊。可選地，按照上述步驟中的順序再焊接I?2圈，第2、3圈的焊接順序與第I圈相同，只是相對位置靠點位標8的外側(cè)，與相鄰點位標8形成等腰三角形或等邊三角形的位置設(shè)置，能夠保證兩者的可靠連接和對應力的準確傳遞。
[0047]完成本發(fā)明安裝之后，可通過溫度時效處理或多次疲勞載荷或焊接部位局部三次以上的振動來消除大部分焊接應力。另外，可根據(jù)測試環(huán)境狀況和測試要求，對已安裝好的本發(fā)明產(chǎn)品外圍再做一些防護，如涂覆常溫固化的環(huán)氧樹脂或高防水性能的聚氨酯或具有一定防水防潮功能的硅膠，以提高長期測試的可靠性和穩(wěn)定性。
[0048]經(jīng)以上的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)置，以及制造和安裝方法實施，使其結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低，方便使用，測試精度高，耐濕熱性好，適合中長期應力測試。
【權(quán)利要求】
1.一種應變計，其特征在于，包括金屬基礎(chǔ)體(I)、粘接劑層(2)、電阻應變計(3)、防潮層(4)、信號引線(5)和防護層(6);所述電阻應變計(3)通過粘接劑層(2)固定安裝在金屬基礎(chǔ)體(I)上；所述信號引線(5)與電阻應變計(3)的焊盤相電連接引出；所述防潮層(4)包覆在電阻應變計(3)的表面，其覆蓋面積大于電阻應變計(3)的表面積，防潮層(4)的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體(I)上；所述防護層(6)包覆在防潮層(4)表面，其覆蓋面積大于防潮層(4)的表面積，防護層(6)的包覆邊緣固定在金屬基礎(chǔ)體(I)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應變計，其特征在于，所述的金屬基礎(chǔ)體(I)與電阻應變計(3)的連接表面上設(shè)置有通過化學蝕刻或激光燒刻的標識圖案；所述的標識圖案包括用于定位電阻應變計(3)貼片時位置的限位標(11)，以及用于標識焊接安裝電阻應變計(3)時所需位置的點位標(8)和定位線(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應變計，其特征在于，所述的金屬基礎(chǔ)體(I)采用厚度為0.035mm?0.35mm的不銹鋼鋼片或不銹鋼鋼網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應變計，其特征在于，所述的信號引線(5)的引出部分通過纏繞在信號引線(5)周向的引線帶箍(7)固定在金屬基礎(chǔ)體(I)上。
5.一種應變計制造方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟a，用膠粘劑將電阻應變計(3)粘貼在金屬基礎(chǔ)體(I)上； 步驟b，從電阻應變計焊盤上引出信號引線(5)； 步驟c，用防潮膠在電阻應變計(3)表面形成防潮層(4)，防潮層(4)覆蓋面積大于電阻應變計⑶； 步驟d，用防護膠在防潮層(4)表面形成防護層(6)，防護層(6)覆蓋面積大于防潮層⑷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應變計制造方法，其特征在于，步驟a中，在粘貼電阻應變計(3)之前，對金屬基礎(chǔ)體(I)進行調(diào)質(zhì)熱處理，并通過化學蝕刻或激光燒刻形成輔助電阻應變計(3)粘貼或焊接安裝的圖案；焊接時采用與金屬基礎(chǔ)體(I)的線膨脹系數(shù)相匹配的溫度自補償電阻應變計。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應變計制造方法，其特征在于，步驟b中，信號引線(5)引出后，用引線帶箍⑵將引出信號引線(5)固定在金屬基礎(chǔ)體⑴上；所述引線帶箍(7)采用0.035mm?0.35mm的鋼帶。
8.一種用于安裝如權(quán)利要求2所述應變計的方法，其特征在于，采用直流或交流或變頻或逆變式的點焊設(shè)備將應變計熔融焊接在被測金屬構(gòu)件上；具體的包括如下步驟， 1)采用與金屬基礎(chǔ)體(I)相同材質(zhì)的金屬薄片在被測金屬構(gòu)件上試焊，調(diào)整好焊接參數(shù)； 2)采用矩形框的焊接痕跡進行順序焊接，焊接順序如下，先由長度邊的中心點向一側(cè)點焊，再由該焊接邊的對稱邊的中心點向同側(cè)的點焊；接著完成首先點焊的長度邊剩余部分由中心點向另一側(cè)的點焊，然后完成該焊接邊的對稱邊的中心點向另一側(cè)的點焊；采用相同的方法點焊矩形焊接痕跡的兩個寬度邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種應變計的安裝方法，其特征在于，應變計焊接完成后，對金屬基礎(chǔ)體(I)的焊接部位采用溫度時效處理或多次疲勞載荷處理或焊接部位局部三次以上的振動處理；對應變計進行涂布常溫固化的環(huán)氧樹脂或聚氨酯或硅膠的包覆處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種應變計的安裝方法，其特征在于，步驟2)中的焊接操作完成后，再重復焊接操作I?2次，焊接的順序與步驟2)的順序相同，焊接的點位位于步驟2)中焊接點位標(8)的外側(cè)；后續(xù)焊接的點位與相鄰的點位標(8)形成等腰三角形或等邊三角形設(shè)置。
【文檔編號】G01B7/16GK104359393SQ201410718656
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】晏志鵬, 任博哲, 熊英, 張勛, 趙家輝, 劉旭 申請人:中航電測儀器股份有限公司