CN106289598A - 一种用于混凝土应力测试的电阻应变计 - Google Patents

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晏志鹏
刘旭
熊英
张勋
赵家辉
任博哲
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，包括两层弹性体，两层弹性体中间夹有应变计；应变计包括应变计基底，应变计基底上具有应变计敏感栅，应变计敏感栅与应变计焊盘相连，应变计敏感栅两侧是应变计边栅；其中一个弹性体上包括用于固定应变计敏感栅的弹性体贴片区域，以及用于固定应变计焊盘的应变计焊盘安装区域，应变计焊盘安装区域一侧设置有连接应变计焊盘安装区域与弹性体外部的导线放置区域。本发明采用弹性模量与混凝土适合的特种工程塑料作为弹性体，弹性体在加工时，内部应力得到释放；同时电阻应变计温度补偿系数与弹性体相互匹配，因此具有传感器性能一致性好，可靠性高，漂移小，温度性能好，测量精度高的特点。

Description

一种用于混凝土应力测试的电阻应变计
技术领域
本发明属于混凝土应力应变测试领域，涉及一种用于混凝土应力测试的电阻应变计。
背景技术
电阻应变计是利用“电阻-应变”效应制作而成的敏感元件，它是试验应力分析、测量计量技术、自动检测和控制技术以及传感器的关键部件，在诸多领域得到广泛的应用，具有重要的应用价值。
随着应变电测技术和应变式传感器制造技术的发展，电阻应变计的结构形式已发展成多种多样。一般地，分为单轴电阻应变计、多轴电阻应变计和复合式电阻应变计。
应变计用途非常广泛，而测量混凝土应力是其重要的应用方面之一。混凝土由于其原材料来源广，制备工艺简单，与钢筋有较好的粘结性，抗压强度高等优点成为土木工程中应用最为广泛的建筑材料。同时，由于其抗拉性能差，收缩大等缺点，在进行现浇混凝土的研究及质量控制中常常需要测试混凝土的收缩或膨胀应变，同时需要测试混凝土构件的强度、变形和受力状况，也需要对混凝土结构在线健康监测。
目前测试混凝土应力的方法有两种：第一种方法是等到混凝土成型，达到一定强度后，在混凝土表面粘贴应变片进行应力应变测试。由于混凝土表面比较粗糙、应变计粘贴后不可靠，应变测量精度低，同时此方法不能测试混凝土在塑性期混凝土内部的应变。第二种方法是采用在构件内部预埋应变计的方式，这种方式，可以使电阻应变计和混凝土充分接触，因此可以测量混凝土凝固过程中的应力变化情况。
目前预埋式混凝土电阻应变计大都采用混凝土浇筑、高分子材料浇筑，这些外壳能够很好地起到保护应变计，也能传递应变，但由于加工过程中易出现浇筑应力、材料不均匀等问题，传感器性能一致性差，可靠性不好，测量精度低，在实际应用中无法批量应用，而目前金属封装的振弦式应变计得到大批量应用，但振弦式应变计存在测试精度差，漂移大，温度性能差等问题，在工程应用中也存在诸多问题。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述不足，提供了一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，能够长期、可靠、有效地进行混凝土应力测量。
为了达到上述目的，本发明包括两层弹性体，两层弹性体中间夹有应变计；
所述应变计包括应变计基底，应变计基底上具有应变计敏感栅，应变计敏感栅与应变计焊盘相连，应变计敏感栅两侧设置有为应变计边栅；
其中一个弹性体上包括用于固定应变计敏感栅的弹性体贴片区域，以及用于固定应变计焊盘的应变计焊盘安装区域，应变计焊盘安装区域一侧设置有连接应变计焊盘安装区域与弹性体外部的导线放置区域。
所述应变计敏感栅的长度为50～100mm，材料为康铜合金，电阻值为120Ω或350Ω。
所述应变计基底材料为聚酰亚胺、聚醚醚酮或改性酚醛。
所述弹性体的材料为改性PET或PEEK或PPS。
所述两层弹性体的厚度均为3～8mm，宽度为10～20mm，长度为100～200mm，弹性体上开设有用于固定的通孔。
所述弹性体的表面，采用滚花处理。
所述弹应变计焊盘安装区域包括结构为斜面的应变计焊盘粘贴面。
所述应变计通过高温环氧贴片胶固定在弹性体上。
所述应变计焊盘上连接有引线，引线从导线放置区域导出，引线采用三线制引线。
所述两层弹性体间填充有硅胶。
与现有技术相比，本发明所采用的弹性体在加工时，内部应力得到释放，同时采用弹性模量与混凝土适合的特种工程塑料作为弹性体，因此传感器性能一致性好，可靠性高，测量精度高；电阻应变计温度补偿系数与弹性体相互匹配，同时也具有测试精度高，漂移小，温度性能好的特点。本发明通过拉力试验机标定和埋入混凝土拉伸压缩试验测试，本发明的应变计可以实现长周期、可靠测试，测量精度可达0.5％。
进一步的，本发明弹性体的表面采用滚花处理，能够增大弹性体与混凝土的紧密性，提高应力传递响应。
进一步的，本发明应变计焊盘安装区域为斜面结构，有利于应变计的粘贴和防护。
进一步的，本发明的引线采用三线制引线，信号传递更准确。
附图说明
图1为本发明弹性体的结构示意图；
图2为本发明应变计焊盘粘贴面的示意图；
图3为本发明应变计的结构示意图；
其中，1、弹性体贴片区域；2、应变计焊盘安装区域；3、导线放置区域；4、应变计焊盘粘贴面；5、应变计基底；6、应变计敏感栅；7、应变计边栅；8、应变计焊盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1、图2和图3，本发明包括两层弹性体，两层弹性体中间夹有应变计；应变计包括应变计基底5，应变计基底5上具有应变计敏感栅6，应变计敏感栅6与应变计焊盘8连接，应变计敏感栅6两侧为应变计边栅7；其中一个弹性体包括用于固定应变计敏感栅6的弹性体贴片区域1，以及用于固定应变计焊盘8的应变计焊盘安装区域2，应变计焊盘安装区域2一侧设置有连接应变计焊盘安装区域2与弹性体外部的导线放置区域3，应变计焊盘安装区域2为斜面结构。
优选的，应变计焊盘安装区域2包括应变计焊盘粘贴面4，为斜面结构。
混凝土在发生变形的过程中，受力范围较大，因此应变计采用大标距、单轴式结构，可以根据测量的需要，进行单一方向或多方向的测量
在应变计的选择上，应变计敏感栅6的材料为康铜合金，通过热处理工艺匹配弹性体线胀系数，消除温度漂移。应变计敏感栅6长度约50～100mm，电阻值采用常规的120Ω或350Ω标准阻值。应变计基底5的材料和密封材料选用聚酰亚胺、聚醚醚酮、改性酚醛，具有优良的机械性能，同时抗湿热、耐腐蚀。
为增大测试量程，选用弹性模量与混凝土适合的特种工程塑料作为弹性体，此工程材料的主要成分是PET或PEEK或PPS，但这些材料只能保证良好的抗湿性，并不能保证具有良好的弹性，因此需要对材料进行改性。改性后的材料，具有良好的弹性和刚性，致密度也得到提高，避免了常规埋入式应变计出现的浇筑应力、材料不均匀等问题。
在弹性结构设计上，通过计算，确定应变计贴片区域和贴片面积。本发明采用的弹性体采用两层弹性体结构，上下两层的厚度均为相同3～8mm，宽度约10～20mm，长度约100～200mm，在弹性体长度方向一端距离端面约10mm处，打一个通孔，用于应变计定位，在另外一端开一个斜槽，用于应变计导线引出和固定。
应变计介于两个弹性体之间，但应变计只粘贴在一个弹性体上，应变计的贴片胶水，采用高温环氧贴片胶。贴片后，应变计焊盘上需焊接引线，考虑到长距离传输，为提高精度采用三线制引线，准确地传递应力应变；同时采用环氧或酚醛结构胶将另一个弹性体与粘贴有大标距应变计的弹性体粘贴为一体，两个弹性体中间留有一定空隙，但两个弹性体之间粘贴精密，防止混凝土中的水分、腐蚀性物质破坏应变计。
然后将导线固定，用模具固定弹性体和导线，灌封硅胶，固化后在导线与弹性体连接处，形成5～10mm长度的缓冲硅胶，利于导线保护。引线采用一片三线的接线方法，能够提高精度，更加准确地传递信号。封装完毕后，需对弹性体表面做滚花处理，这样在实际使用时，可以增大弹性体与混凝土的紧密性，提高应力传递效应。
经过上述环节、工艺，最终形成埋入式混凝土应力测试的电阻应变计。
通过拉力试验机标定和埋入混凝土拉伸压缩试验测试，本发明所述应变计，可以实现长周期可靠测试，测量精度可达0.5％。

Claims (10)

1.一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，包括两层弹性体，两层弹性体中间夹有应变计；
所述应变计包括应变计基底(5)，应变计基底(5)上具有应变计敏感栅(6)，应变计敏感栅(6)与应变计焊盘(8)相连，应变计敏感栅(6)两侧为应变计边栅(7)；
其中一个弹性体上包括用于固定应变计敏感栅(6)的弹性体贴片区域(1)，以及用于固定应变计焊盘(8)的应变计焊盘安装区域(2)，应变计焊盘安装区域(2)一侧有连接应变计焊盘安装区域(2)与弹性体外部的导线放置区域(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，应变计敏感栅(6)的长度为50～100mm，材料为康铜合金，电阻值为120Ω或350Ω。
3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述应变计基底(5)材料为聚酰亚胺、聚醚醚酮或改性酚醛。
4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述弹性体的材料为改性PET或PEEK或PPS。
5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述两层弹性体的厚度均为3～8mm，宽度为10～20mm，长度为100～200mm，弹性体上开设有用于固定的通孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述弹性体的表面具有用于增大摩擦的滚花。
7.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述应变计焊盘安装区域(2)包括应变计焊盘粘贴面(4)，为斜面结构。
8.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述应变计通过高温环氧贴片胶固定在弹性体上。
9.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述应变计焊盘(8)上连接有引线，引线从导线放置区域(3)导出，引线采用三线制引线。
10.根据权利要求1所述的一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述两层弹性体间填充有硅胶。
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