CN112833770A - 一种复式全桥应变计 - Google Patents

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Abstract

本发明开了一种复式全桥应变计，包括第一非封闭式全桥结构、第二非封闭式全桥结构和基底；第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构均设置在基底上，第一非封闭式全桥结构成半包围状，第二非封闭式全桥结构位于半包围状内侧；第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构均包括若干测量栅，若干测量栅排布组成第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构，测量栅上设置有焊盘。本发明可实现多个测量栅的集成排布，并且在小尺寸区域上测量多个方向的受力情况。本发明涉及的一种复式全桥应变计，其测试性能稳定好，粘贴和焊接方便。

Description

一种复式全桥应变计
技术领域
本发明属于应变计结构技术领域，特别涉及一种复式全桥应变计。
背景技术
目前，箔式电阻应变计不仅在传统的传感器制造、应力测试等领域广泛应用，而且也在一些新兴的行业和领域被广泛应用，特别是应用于助力自行车、自行车等新行业。在一些专业领域内，像自行车专业选手的日常训练，需要在自行车脚蹬的曲柄上安装功率计，以记录选手训练时的各项数据。安装在自行车脚蹬曲柄上的功率计由于其体积小、质量轻，大约10～15克，要求使用的电阻应变计的基底尺寸也必须小。但此类应变计图形结构设计复杂，测量栅多，要求测量栅的角度多，很难满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种复式全桥应变计，通过较少测量栅的集成排布，能够在小尺寸区域上测量多个方向的受力情况。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复式全桥应变计，包括第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构；
第一非封闭式全桥结构包括四个测量栅和六个焊盘，四个测量栅包括第一测量栅、第二测量栅、第七测量栅和第八测量栅，第一测量栅和第二测量栅布局在整个应变计的一侧，第七测量栅和第八测量栅布局在整个应变计的另一侧，第一测量栅连接第八测量栅，第二测量栅连接第七测量栅；第一测量栅和第二测量栅分别连接一个焊盘，第七测量栅和第八测量栅分别连接两个焊盘。第二非封闭式全桥结构包括四个测量栅和五个焊盘，四个测量栅包括第三测量栅、第四测量栅、第五测量栅和第六测量栅，第三测量栅、第四测量栅、第五测量栅和第六测量栅并排设置依次连接，形成第二非封闭式全桥结构；五个焊盘分别设置在第三测量栅、第四测量栅、第五测量栅和第六测量栅四个测量栅的两端和间隔处。
优选的，第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构均设置在同一基底上，第一非封闭式全桥结构成半包围状，第二非封闭式全桥结构位于半包围状内侧；第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构的每个测量栅等间距均匀排布，测量栅上设置有焊盘。
优选的，所有焊盘的大小一致，间距不等。
优选的，第一非封闭式全桥结构由第一测量栅和第八测量栅组成一个独立的半桥，第二测量栅和第七测量栅组成另一个独立的半桥；四个测量栅都为90°方向的竖直栅。
优选的，第二非封闭式全桥结构的四个测量栅的方向均不同；第三测量栅为0°方向的横向栅、第四测量栅为135°方向的斜向栅、第五测量栅为45°方向的斜向栅、第六测量栅为90°方向的竖直栅。
优选的，测量栅均为等距阶梯状分布。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明的复式全桥应变计在同一个基底上，设置有多个测量栅，按照一定的间距均匀排布，多个测量栅组成两个惠斯通电桥，形成两个测试回路，测量不同梯度上各个方向上所受力的状况情况。通过较少测量栅的集成排布，能够在小尺寸区域上测量多个方向的受力情况，其测试性能稳定好，粘贴和焊接方便。
附图说明
图1为本发明的复式全桥应变计测量栅及桥路连接示意图。
其中：1-第一测量栅；2-第二测量栅；3-第三测量栅；4-第四测量栅；5-第五测量栅；6-第六测量栅；7-第七测量栅；8-第八测量栅；9-第一焊盘；10-第二焊盘；11-第三焊盘；12-第四焊盘；13-第五焊盘；14-第六焊盘；15-第七焊盘；16-第八焊盘；17-第九焊盘；18-第十焊盘；19-第十一焊盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1所示的实施例是本发明所述的复式全桥应变计。本发明复式全桥应变计最基本的图形是由八个测量栅组成的二个非封闭式全桥电路，包含五个竖向栅、一个横向栅、一个45°斜向栅和一个135°斜向栅，所有测量栅等间距均匀并排设置，第一非封闭式全桥电路和第二非封闭式全桥电路均设置在基底上。
第一个非封闭式全桥电路图形设计由四个测量栅和六个焊盘组成。四个测量栅分别为第一测量栅1、第二测量栅2、第七测量栅7和第八测量栅8，第一个非封闭式全桥电路的测量栅均为竖直方向，即90°方向，布局在整个应变计的左、右两侧，并且成阶梯分布。六个焊盘分别为第一焊盘9、第二焊盘10、第八焊盘16、第九焊盘17、第十焊盘18和第十一焊盘19，焊盘大小一致，但间距不等。图形的详细组合为第一测量栅1连接的焊盘为第一焊盘9和第十焊盘18，第二测量栅2连接的焊盘为第二焊盘10和第八焊盘16，第七测量栅7连接的焊盘为第八焊盘16和第九焊盘17，第八测量栅8连接的焊盘为第十焊盘18和第十一焊盘19。第一测量栅1和第八测量栅8与第一焊盘9、第十焊盘18和第十一焊盘19组成一个半桥，第二测量栅2和第七测量栅7与焊盘第二焊盘10、第八焊盘16和第九焊盘17组成另一个半桥。
第二个非封闭式全桥电路图形设计由四个测量栅和五个焊盘组成。四个测量栅依次分别为第三测量栅3、第四测量栅4、第五测量栅5和第六测量栅6，其中四个测量栅的方向都不一致，第三测量栅3为0°方向的横向栅，第四测量栅4为135°方向的斜向栅，第五测量栅5为45°方向的斜向栅，第六测量栅6为90°方向的竖直方向栅，第二非封闭式全桥电路布局在整个应变计的最中间，并且成阶梯分布。五个焊盘分别为第三焊盘11、第四焊盘12、第五焊盘13、第六焊盘14和第七焊盘15，焊盘大小一致，但间距不等。图形的详细组合为第三测量栅3连接的焊盘为第三焊盘11和第四焊盘12，第四测量栅4连接的焊盘为第四焊盘12和第五焊盘13，第五测量栅5连接的焊盘为第五焊盘13和第六焊盘14，第六测量栅6连接的焊盘为第六焊盘14和第七焊盘15。
将八个测量栅组合成两个全桥电路，并且可检测不同梯度的应力应变，实现了不同梯度、不同方向上的应力、应变测量。还有本发明的图形设计为非封闭全桥电路，分别由五个焊盘和六个焊盘组成，可以对每个桥路进行零点、温度等性能的精确补偿。
本发明图形设计中包含有八个测量栅，并且测量栅的栅条方向不一致，和水平方向的夹角分别为0°、45°、90°和135°，很容易造成一片应变计中八个测量栅在蚀刻后，由于金属栅条方向不同，其蚀刻的速率不同，造成八个测量栅的电阻差值就很大，电阻差值可达到40～60Ω，引起电阻变化量大，测量稳定差，因此通过下述方式优化电阻设计。
利用金属箔材在不同方向的电阻率不同，调整各个方向上测量栅的电阻设计比率，第一非封闭式全桥电路的测量栅电阻值大于第二非封闭式全桥电路的测量栅电阻值，第二非封闭式全桥电路的测量栅电阻值从一边测量栅向另一边测量栅逐渐增大，第二非封闭式全桥电路的电阻值最大的测量栅的电阻值等于第一非封闭式全桥电路的测量栅电阻值，最终形成了特殊的电阻设计方法，参照表1。应变计电阻值按照本方法设计实施后，应变计经过图形光刻、电阻蚀刻之后，八个测量栅的电阻差值可控制在15～20Ω范围内，保证一片应变计上八个测量栅电阻阻值接近，电阻调整后应变计的电阻阻值变化均匀。
表1电阻设计参数表
Figure BDA0002954972630000051
本发明实现应变计阻值精确调整，从而提升应变计的测量精度，使应变计的测量精度达到5‰～6‰。其次优化应变计生产工艺，提升应变计的线条质量和电阻一致性，发挥应变计价格低、稳定好、使用方便等优点，从而提升应变计的市场价值。
应变计成型方法是采用一种薄膜基底与测量栅金属箔经过热压成型后，经过应变计图形光刻和电阻腐蚀，制成复杂图形的电阻应变计；再经过精确的电阻阻值调整，盖层制作，电阻值分拣，制作成一个合格的电阻应变计。

Claims (6)

1.一种复式全桥应变计，其特征在于，包括第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构；
第一非封闭式全桥结构包括四个测量栅和六个焊盘，四个测量栅包括第一测量栅(1)、第二测量栅(2)、第七测量栅(7)和第八测量栅(8)，第一测量栅(1)和第二测量栅(2)布局在整个应变计的一侧，第七测量栅(7)和第八测量栅(8)布局在整个应变计的另一侧，第一测量栅(1)连接第八测量栅(8)，第二测量栅(2)连接第七测量栅(7)；第一测量栅(1)和第二测量栅(2)分别连接一个焊盘，第七测量栅(7)和第八测量栅(8)分别连接两个焊盘。第二非封闭式全桥结构包括四个测量栅和五个焊盘，四个测量栅包括第三测量栅(3)、第四测量栅(4)、第五测量栅(5)和第六测量栅(6)，第三测量栅(3)、第四测量栅(4)、第五测量栅(5)和第六测量栅(6)并排设置依次连接，形成第二非封闭式全桥结构；五个焊盘分别设置在第三测量栅(3)、第四测量栅(4)、第五测量栅(5)和第六测量栅(6)四个测量栅的两端和间隔处。
2.根据权利要求1所述的一种复式全桥应变计，其特征在于，第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构均设置在同一基底上，第一非封闭式全桥结构成半包围状，第二非封闭式全桥结构位于半包围状内侧；第一非封闭式全桥结构和第二非封闭式全桥结构的每个测量栅等间距均匀排布，测量栅上设置有焊盘。
3.根据权利要求1所述的一种复式全桥应变计，其特征在于，所有焊盘的大小一致，间距不等。
4.根据权利要求1所述的一种复式全桥应变计，其特征在于，第一非封闭式全桥结构由第一测量栅(1)和第八测量栅(8)组成一个独立的半桥，第二测量栅(2)和第七测量栅(7)组成另一个独立的半桥；四个测量栅都为90°方向的竖直栅。
5.根据权利要求1所述的一种复式全桥应变计，其特征在于，第二非封闭式全桥结构的四个测量栅的方向均不同；第三测量栅(3)为0°方向的横向栅、第四测量栅(4)为135°方向的斜向栅、第五测量栅(5)为45°方向的斜向栅、第六测量栅(6)为90°方向的竖直栅。
6.根据权利要求1所述的一种复式全桥应变计，其特征在于，测量栅均为等距阶梯状分布。
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