CN104359393B - 一种应变计及其制造和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安装快速，测试精度高，耐湿热性好，稳定性强，适合大中型金属构件应力应变测试的应变计及其制造和安装方法。所述应变计，包括金属基础体、粘接剂层、电阻应变计、防潮层、信号引线和防护层；电阻应变计通过粘接剂层固定安装在金属基础体上；信号引线与电阻应变计的焊盘相电连接引出；防潮层包覆在电阻应变计的表面，防护层包覆在防潮层表面。制造方法包括如下步骤，a用胶粘剂将电阻应变计粘贴在金属基础体上；b从电阻应变计焊盘上引出信号引线；c用防潮胶在电阻应变计表面形成覆盖面积大于电阻应变计的防潮层；d用防护胶在防潮层表面形成覆盖面积大于防潮层的防护层。安装时采用点焊设备将应变计熔融焊接在被测金属构件上。

Description

一种应变计及其制造和安装方法

技术领域

本发明涉及到应变计和其制造，具体为一种焊接式应变计及其制造和安装方法。

背景技术

目前，在应变电测领域，一般使用粘贴式电阻应变计安装在被测构件表面，来测量被测构件表面的应力应变状况，然后通过测量结果，直接或间接的推倒出与被测构件变形相关的其他参数。在安装粘贴式应变计的过程中需要使用胶粘剂，这种胶粘剂可分为两大类：常温固化胶粘剂和高温固化胶粘剂。常温固化胶粘剂的特点，使用便捷，成本低，易获得，但耐湿热性、长期稳定性相对较差，适合通用应力分析；高温固化胶粘剂的特点，响应精度高，耐温性和长期稳定性较好，但使用方法复杂，条件苛刻，适合小构件高精度应变测量或高精度应变式传感器。

随着测试计量技术的日益发展，有许多大中型构件需要高精度、长期稳定的测试方法或产品来满足市场或实际测试需求的解决。利用现有粘贴式应变计来测量被测构件的应力应变，安装方法复杂，要求的条件苛刻，对安装应变计人员的技术水平要求较高，安装应变计耗时较长，而且达不到预期的高精度、长期测试的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种安装快速，测试精度高，耐湿热性好，稳定性强，适合大中型金属构件应力应变测试的应变计及其制造和安装方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种应变计，包括金属基础体、粘接剂层、电阻应变计、防潮层、信号引线和防护层；电阻应变计通过粘接剂层固定安装在金属基础体上；信号引线与电阻应变计的焊盘相电连接引出；所述防潮层包覆在电阻应变计的表面，其覆盖面积大于电阻应变计的表面积，防潮层的包覆边缘固定在金属基础体上；防护层包覆在防潮层表面，其覆盖面积大于防潮层的表面积，防护层的包覆边缘固定在金属基础体上。

进一步，金属基础体与电阻应变计的连接表面上设置有通过化学蚀刻或激光烧刻的标识图案；标识图案包括用于定位电阻应变计贴片时位置的限位标，以及用于标识焊接安装电阻应变计时所需位置的点位标和定位线。

优选的，金属基础体采用厚度为0.035mm～0.35mm的不锈钢钢片或不锈钢钢网。

优选的，信号引线的引出部分通过缠绕在信号引线周向的引线带箍固定在金属基础体上。

本发明一种应变计制造方法，包括如下步骤，

步骤a，用胶粘剂将电阻应变计粘贴在金属基础体上；

步骤b，从电阻应变计焊盘上引出信号引线；

步骤c，用防潮胶在电阻应变计表面形成防潮层，防潮层覆盖面积大于电阻应变计；

步骤d，用防护胶在防潮层表面形成防护层，防护层覆盖面积大于防潮层。

优选的，在粘贴电阻应变计之前，对金属基础体进行调质热处理，并通过化学蚀刻或激光烧刻形成辅助电阻应变计粘贴或焊接安装的图案；焊接时采用与金属基础体的线膨胀系数相匹配的温度自补偿电阻应变计。

优选的，步骤b中，信号引线引出后，用引线带箍将引出的信号引线固定在金属基础体上；所述引线带箍为0.035mm～0.35mm的钢带。

本发明一种用于安装如进一步中所述应变计的方法，采用直流或交流或变频或逆变式的点焊设备将应变计熔融焊接在被测金属构件上；具体的包括如下步骤，

1)采用与金属基础体相同材质的金属薄片在被测金属构件上试焊，调整好焊接参数；

2)采用矩形框的焊接痕迹进行顺序焊接，焊接顺序如下，先由长度边的中心点向一侧点焊，再由该焊接边的对称边的中心点向同侧的点焊；接着完成首先点焊的长度边剩余部分由中心点向另一侧的点焊，然后完成该焊接边的对称边的中心点向另一侧的点焊；采用相同的方法点焊矩形焊接痕迹的两个宽度边。

优选的，应变计焊接完成后，对金属基础体的焊接部位采用温度时效处理或多次疲劳载荷处理或焊接部位局部三次以上的振动处理。对应变计进行涂布常温固化的环氧树脂或聚氨酯或硅胶的包覆处理。

优选的，步骤2)中的焊接操作完成后，再重复焊接操作1～2次，焊接的顺序与步骤2)的顺序相同，焊接的点位位于步骤2)中焊接点位标的外侧；后续焊接的点位与相邻的点位标形成等腰三角形或等边三角形设置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的应变计和制造方法，通过设置的金属基础体为电阻应变计提供了稳定可靠且能够确保两者可靠连接的载体，利用设置的防潮层和防护层能够都包裹在两者与金属基础体之间的电阻应变计耐湿热性好，对机械损伤防护等级高，为电阻应变计的测试提供一个相对稳定的环境和可靠的安全保障，使其能够完全适应中长期的应力测试中；通过引出的信号引线能够将其的测试结果输出；结构简单，易于制造，成本低，方便使用，测试精度高。

进一步的，利用对金属基础体的调质热处理，通过先淬火再回火后，能够获得高的强度，又具有良好的塑性和韧性相匹配，金属基础体的质体更均匀，内部残余应力更低。通过在金属基础体上设置的标识图案，能够准确的为应变计的安装，以及电阻应变计的装配提供准确的安装位置和定位基准，保证了其对经金属基础体传递应力的精确测量；利用边框线和其厚度要求对金属基础体尺寸的限制，不仅能够保证应力的准确传递，也能够保证应变计整体的强度和刚性，使其工作稳定可靠。

进一步的，通过引线带箍将引线固定，能够保证引线位置的固定，避免引线活动对防潮层和防护层的损伤，提高了整体的防护性能。

本发明所述的安装方法，只需用点焊设备按所述的方法点焊焊接式应变计金属基础体上的点位标，通过瞬间放电，形成低电压、大电流，熔融金属基础体和被测金属构件，达到牢固安装焊接式应变计的目的；通过对其安装点焊的顺序限定，能够最大限度的避免金属基础体发生应力变形，对电阻应变计传递错误信号，保证了使用的可靠性。

进一步的，通过焊接后对焊接部位的处理，能够消除大部分焊接应力。通过对应变计的涂覆处理，能够进一步的对应变计进行保护，提高长期测试的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实例中所述应变计的剖面图。

图2为本发明实例中所述应变计的结构示意图。

图3为本发明实例中所述应变计安装时的点焊顺序图。

图中：1.金属基础体，2.粘接剂层，3.电阻应变计，4.防潮层，5.信号引线，6.防护层，7.引线带箍，8.点位标，9.定位线，10.边框线，11.限位标。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种应变计，如图1所示，包括金属基础体1、粘接剂层2、电阻应变计3、防潮层4、信号引线5和防护层6；电阻应变计3通过粘接剂层2固定安装在金属基础体1上；信号引线5与电阻应变计3的焊盘相电连接引出；防潮层4包覆在电阻应变计3的表面，其覆盖面积大于电阻应变计3的表面积，防潮层4的包覆边缘固定在金属基础体1上；防护层6包覆在防潮层4表面，其覆盖面积大于防潮层4的表面积，防护层6的包覆边缘固定在金属基础体1上。其中，信号引线5的引出部分通过缠绕在信号引线5周向的引线带箍7固定在金属基础体1上。

如图2所示，金属基础体1与电阻应变计3的连接表面上设置有通过化学蚀刻或激光烧刻的标识图案；所述的标识图案包括用于定位电阻应变计3贴片时位置的限位标11，以及用于标识焊接安装电阻应变计3时所需位置的点位标8和定位线9。限位标11用于确定和限制电阻应变计3与金属基础体1的相对位置；定位线9用于确定本发明焊接式的应变计安装时其与被测结构的相对位置。本优选实例中，金属基础体1采用厚度为0.035mm～0.35mm的不锈钢钢片或不锈钢钢网。

本发明一种应变计制造方法，包括如下步骤，

步骤a，用胶粘剂将电阻应变计3粘贴在金属基础体1上；本优选实例中在粘贴电阻应变计3之前，对金属基础体1进行调质热处理，并通过化学蚀刻或激光烧刻形成辅助电阻应变计3粘贴或焊接安装的图案；焊接时采用与金属基础体1的线膨胀系数相应的温度自补偿电阻应变计。在进行采用高性能胶粘剂粘贴电阻应变计，操作时需要一定的辅助工装在高温高压条件下对胶粘剂进行固化和稳定化处理。

步骤b，从电阻应变计3焊盘上引出信号引线5。本优选实例中，信号引线5引出后，用引线带箍7将引出的信号引线5固定在金属基础体上；其中，引线带箍为0.035mm～0.35mm的钢带。

步骤c，用防潮胶在电阻应变计3表面形成防潮层4，防潮层4覆盖面积大于电阻应变计3；本优选实例中，在电阻应变计3表面形成防潮层之前，对电阻应变计3及金属基础体1进行清洗，采用清洗液如酒精或丁酮或丙酮超声波清洗，然后再结合去离子水超声波清洗，最后在60℃～100℃、10～30分钟条件下烘干即可备用；使防潮层4和电阻应变计3及金属基础体1具有良好的结合力。

步骤d，用防护胶在防潮层4表面形成防护层6，防护层6覆盖面积大于防潮层4。本优选实例中，在防潮层4表面形成防护层6之前，对防潮层4及金属基础体1进行清洗，采用清洗液如酒精或丁酮或丙酮超声波清洗，然后再结合去离子水超声波清洗，最后在60℃～100℃、10～30分钟条件下烘干即可备用；使防护层6和防潮层4及金属基础体1具有良好的结合力。

本发明一种用于安装以上所述应变计的方法，采用直流或交流或变频或逆变式的点焊设备将应变计熔融焊接在被测金属构件上。用专业工具将焊接式应变计一定的方法进行安装，本优选实例中采用电阻焊进行点焊操作为例进行说明；包括如下步骤，

1)采用与金属基础体1相同材质的金属薄片在被测金属构件上试焊，调整好焊接参数；

2)采用矩形框的焊接痕迹进行顺序焊接，焊接顺序如下，先由长度边的中心点向一侧点焊，再由该焊接边的对称边的中心点向同侧的点焊；接着完成首先点焊的长度边剩余部分由中心点向另一侧的点焊，然后完成该焊接边的对称边的中心点向另一侧的点焊；采用相同的方法点焊矩形焊接痕迹的两个宽度边。

本优选实例中，应变计焊接完成后，对金属基础体1的焊接部位采用温度时效处理或多次疲劳载荷处理或焊接部位局部三次以上的振动处理来消除大部分焊接应力。并且能够在应变计上涂覆常温固化的环氧树脂或聚氨酯或硅胶，通过对已安装好的焊接式应变计外围再做一些防护，由此可提高长期测试的可靠性和稳定性。

本优选实例中，步骤2)中的焊接操作完成后，再重复焊接操作1～2次，焊接的顺序与步骤2)的顺序相同，焊接的点位位于步骤2)中焊接点位标8的外侧；后续焊接的点位与相邻的点位标8形成等腰三角形或等边三角形设置。

具体的，如图1所示，本发明应变计由金属基础体1、粘接剂层2、电阻应变计3、防潮层4、信号引线5和防护层6组成。电阻应变计3通过粘接剂层2牢固地贴合在金属基础体1上；防潮层4在电阻应变计3之上，完全覆盖电阻应变计3，并且超出电阻应变计3的覆盖面与金属基础体1牢固结合；防护层6在防潮层4之上，完全覆盖防潮层4，并且超出防潮层4的覆盖面与金属基础体1牢固结合；信号引线5连接电阻应变计3，通过引线带箍7将信号引线5固定在金属基础体1上。

本发明点焊安装的方法：如图3所示，用所述点焊设备按图3所示金属基础体1上的点位标8位置进行点焊，点焊点位标8的顺序为A1→A2→A3→A4→A5→A6→A7→A8，即先选择本发明金属基础体1的任意一边作为A1，由所选边中心点为A1起点，然后由中心位置向外依次点焊相应的点位标。然后选择与A1对称的另一边作为A2，按与A1同向的方法，即由所选边中心位置向外依次点焊相应的点位标。以此方法，相继完成A3、A4、A5、A6、A7、A8等边的点焊。可选地，按照上述步骤中的顺序再焊接1～2圈，第2、3圈的焊接顺序与第1圈相同，只是相对位置靠点位标8的外侧，与相邻点位标8形成等腰三角形或等边三角形的位置设置，能够保证两者的可靠连接和对应力的准确传递。

完成本发明安装之后，可通过温度时效处理或多次疲劳载荷或焊接部位局部三次以上的振动来消除大部分焊接应力。另外，可根据测试环境状况和测试要求，对已安装好的本发明产品外围再做一些防护，如涂覆常温固化的环氧树脂或高防水性能的聚氨酯或具有一定防水防潮功能的硅胶，以提高长期测试的可靠性和稳定性。

经以上的独特结构设置，以及制造和安装方法实施，使其结构简单，易于制造，成本低，方便使用，测试精度高，耐湿热性好，适合中长期应力测试。

Claims (3)

1.一种应变计制造方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤a，用粘接剂将电阻应变计(3)粘贴在金属基础体(1)上；在粘贴电阻应变计(3)之前，对金属基础体(1)进行调质热处理，通过先淬火再回火后，能够获得高的强度，又具有良好的塑性和韧性相匹配，金属基础体的质体更均匀，内部残余应力更低；利用边框线和其厚度要求对金属基础体尺寸的限制；并通过化学蚀刻或激光烧刻形成辅助电阻应变计(3)粘贴或焊接安装的图案；焊接时采用与金属基础体(1)的线膨胀系数相匹配的温度自补偿电阻应变计；

步骤b，从电阻应变计焊盘上引出信号引线(5)；信号引线(5)引出后，用引线带箍(7)将引出信号引线(5)固定在金属基础体(1)上；所述引线带箍(7)采用0.035mm～0.35mm的钢带；

步骤c，用防潮胶在电阻应变计(3)表面形成防潮层(4)，防潮层(4)覆盖面积大于电阻应变计(3)；在电阻应变计(3)表面形成防潮层之前，对电阻应变计(3)及金属基础体(1)进行清洗，采用清洗液酒精或丁酮或丙酮超声波清洗，然后再结合去离子水超声波清洗，最后在60℃～100℃、10～30分钟条件下烘干即可备用；增强防潮层(4)和电阻应变计(3)及金属基础体(1)的结合力；

步骤d，用防护胶在防潮层(4)表面形成防护层(6)，防护层(6)覆盖面积大于防潮层(4)；最后通过点焊将应变计熔融焊接在被测金属构件上，其中后续焊接的点位与相邻的点位标(8)形成等腰三角形或等边三角形设置；在防潮层(4)表面形成防护层(6)之前，对防潮层(4)及金属基础体(1)进行清洗，采用清洗液酒精或丁酮或丙酮超声波清洗，然后再结合去离子水超声波清洗，最后在60℃～100℃、10～30分钟条件下烘干即可备用；增强防护层(6)和防潮层(4)及金属基础体(1)的结合力。

2.一种应变计，其特征在于，由权利要求1所述的制造方法制备，其包括金属基础体(1)、粘接剂层(2)、电阻应变计(3)、防潮层(4)、信号引线(5)和防护层(6)；所述电阻应变计(3)通过粘接剂层(2)固定安装在金属基础体(1)上；所述信号引线(5)与电阻应变计(3)的焊盘相电连接引出；所述防潮层(4)包覆在电阻应变计(3)的表面，其覆盖面积大于电阻应变计(3)的表面积，防潮层(4)的包覆边缘固定在金属基础体(1)上；所述防护层(6)包覆在防潮层(4)表面，其覆盖面积大于防潮层(4)的表面积，防护层(6)的包覆边缘固定在金属基础体(1)上；

所述的金属基础体(1)与电阻应变计(3)的连接表面上设置有通过化学蚀刻或激光烧刻的标识图案；所述的标识图案包括用于定位电阻应变计(3)贴片时位置的限位标(11)，以及用于标识焊接安装电阻应变计(3)时所需位置的点位标(8)和定位线(9)；限位标(11)用于确定和限制电阻应变计(3)与金属基础体(1)的相对位置；定位线(9)用于确定焊接式的应变计安装时其与被测结构的相对位置；

所述的金属基础体(1)采用厚度为0.035mm～0.35mm的不锈钢钢片或不锈钢钢网；

应变计通过点焊将熔融焊接在被测金属构件上，其中后续焊接的点位与相邻的点位标(8)形成等腰三角形或等边三角形设置；

所述的信号引线(5)的引出部分通过缠绕在信号引线(5)周向的引线带箍(7)固定在金属基础体(1)上。

3.一种用于安装如权利要求2所述应变计的方法，其特征在于，采用直流或交流或变频或逆变式的点焊设备将应变计熔融焊接在被测金属构件上；具体的包括如下步骤，

1)采用与金属基础体(1)相同材质的金属薄片在被测金属构件上试焊，调整好焊接参数；

2)采用矩形框的焊接痕迹进行顺序焊接，焊接顺序如下，先由长度边的中心点向一侧点焊，再由该焊接边的对称边的中心点向同侧的点焊；接着完成首先点焊的长度边剩余部分由中心点向另一侧的点焊，然后完成该焊接边的对称边的中心点向另一侧的点焊；采用相同的方法点焊矩形焊接痕迹的两个宽度边，最大限度的避免金属基础体发生应力变形；

应变计焊接完成后，对金属基础体(1)的焊接部位采用温度时效处理或多次疲劳载荷处理或焊接部位局部三次以上的振动处理，能够消除大部分焊接应力；对应变计进行涂布常温固化的环氧树脂或聚氨酯或硅胶的包覆处理；

步骤2)中的焊接操作完成后，再重复焊接操作1～2次，焊接的顺序与步骤2)的顺序相同，焊接的点位位于步骤2)中焊接点位标(8)的外侧；后续焊接的点位与相邻的点位标(8)形成等腰三角形或等边三角形设置。