CN107830952A - 一种用于混凝土应力测试的电阻应变计及其制备方法 - Google Patents

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晏志鹏
刘旭
熊英
张勋
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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及其制备方法，包括应变计本体以及设置在应变计本体外侧的弹性体，其中应变计本体包括应变计基底，应变计基底上设置有应变计敏感栅，应变计敏感栅通过应变计边栅连接有应变计焊盘，应变计焊盘上焊接有引线；其中弹性体包括两个弹性贴片，弹性贴片的一面设置为滚花面，另一面设置为粘贴面，应变计本体设置在两个弹性贴片的粘贴面之间。解决了现有埋入式应变计测量不准确的问题，提供了一种能够长期、可靠、有效的进行混凝土应力测量的应变计。

Description

一种用于混凝土应力测试的电阻应变计及其制备方法
技术领域
本发明属于电阻应变计技术领域；具体涉及一种用于混凝土应力测试的电阻应变计及其制备方法。
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
本发明提供了一种用于混凝土应力测试的电阻应变计及其制备方法，解决了现有埋入式应变计测量不准确的问题，提供了一种能够长期、可靠、有效的进行混凝土应力测量的应变计。
本发明的技术方案是：一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，包括应变计本体以及设置在应变计本体外侧的弹性体，其中应变计本体包括应变计基底，应变计基底上设置有应变计敏感栅，应变计敏感栅通过应变计边栅连接有应变计焊盘，应变计焊盘上焊接有引线；其中弹性体包括两个弹性贴片，弹性贴片的一面设置为滚花面，另一面设置为粘贴面，应变计本体设置在两个弹性贴片的粘贴面之间；粘贴面上设置有用于安装应变计焊盘的焊盘安装区域，焊盘安装区域的一侧设置有用于粘贴应变计本体的粘贴区域，焊盘安装区域的另一侧设置有用于导出引线的导向放置区域。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中引线为三线制引线，且引线外部设置有保护引线的保护体。
其中焊盘安装区域为向下倾斜的斜面。
其中弹性体上设置有用于应变计安装定位的通孔。
其中弹性贴片的厚度为3-8mm，宽度为10-20mm，长度为100-200mm。
其中两个弹性贴片分别为第一弹性贴片和第二弹性贴片，其中第一弹性贴片上用于粘贴应变计本体，第二弹性贴片与第一弹性贴片粘接，且第二弹性贴片上与应变计本体之间设置有间隙。
其中第一弹性贴片与第二弹性贴片相对的导向放置区域之间填充保护体。
本发明还提供了上述电阻应变计的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，采用改性的特种工程塑料制成的弹性体，通过高温环氧胶将应变计本体粘贴在第一弹性贴片的贴片区域上，并且将应变计焊盘设置在焊盘安装区域上，并且将三线制的引线从导向放置区域内引出；
步骤S2，将第二弹性贴片与第一弹性贴片粘贴为一体，并且使第二弹性贴片与应变计本体之间具有间隙；
步骤S3，在两个弹性贴片的导向放置区域之间填充硅胶，硅胶内部为引线，硅胶固化后形成保护体；
步骤S4，将两个弹性贴片外露的两个面进行滚花处理，设置成滚花面。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤S1中改性的特种工程塑料为改性的PET材料、改性的PEEK材料或改性的PPS材料。
其中步骤S1中应变计本体的应变计敏感栅为康铜合金材料，且其长度为50-100mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：弹性体的表面采用滚花面，能够增大弹性体与混凝土之间的紧密度，使该电阻应变计更好的与混凝土结合，提高粘结性以及应力传递效应，避免粘结不可靠的测量误差；同时应变计本体采用单轴式结构，能够根据测量的需要，进行单一方向或多方向的测量；并且通过将电阻应变计本体设置在弹性体内部，防止混凝土中水分和腐蚀性物质对应变计本体进行破坏。
更进一步的，保护体用于保护引线，并且三线制引线适用于长距离传输，且精度高，能够准确传递应力应变，同时能够自动补偿导线的电阻、电阻温度系数对测试结果的影响。
更进一步的，为了便于将该电阻应变计埋入混凝土的安装位置，通过弹性体上的通孔实现定位，然后埋入混凝土内。
更进一步的，将应变计本体粘贴在第一弹性贴片上，然后将第一弹性贴片和第二弹性贴片粘接为一体，其第二弹性贴片与应变计本体之间具有间隙，且两个弹性贴片之间粘贴紧密，进一步防止混凝土中的水分和其他腐蚀性物质对应变计本体进行破坏。
更进一步的，通过拉力试验机标定和埋入混凝土拉伸压缩试验测试，本发明所述应变计能够实现长周期可靠测试，测量精度达到0.5％。
附图说明
图1为本发明中电阻应变计的结构示意图；
图2为本发明中弹性体的截面示意图；
图3为本发明中弹性体贴面的结构示意图；
图4为图2中A处的放大示意图。
图中：1为贴片区域；2为焊盘安装区域；3为导向放置区域；4为应变计焊盘粘贴面；5为应变计基底；6为应变计敏感栅；7为应变计边栅；8为应变计焊盘；9为弹性体；10为滚花面；11为粘贴面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种用于混凝土应力测试的电阻应变计，包括应变计本体以及包裹在应变计本体外部的弹性体9；如图1所示，应变计本体包括应变计基底5，应变计基底5优选聚酰亚胺、聚醚醚酮或改性酚醛材料制成；应变计基底5上设置有应变计敏感栅6，应变计敏感栅6为康铜合金制成，且其长度为50-100mm，其电阻值采用常规的120Ω或350Ω标准阻值，应变计敏感栅6与应变计边栅7连接，应变计边栅7与应变计焊盘8连接，应变计焊盘8上焊接有引线，引线为三线制引线。
弹性体9包括两个弹性贴片，如图2所示，弹性贴片的一面为滚花面10，另一面为粘贴面11；如图3所示，粘贴面11上设置有焊盘安装区域2，如图4所示，焊盘安装区域2为倾斜的应变计焊盘粘贴面4，该应变计焊盘粘贴面4较高的一端连接有水平的贴片区域1，贴片区域1用于粘贴应变计本体，应变计焊盘粘贴面4较低的一端连接有水平的导向放置区域3，导向放置区域3用于引出导线，且引线外部设置有保护体。如图3所示，弹性体9上还开有通孔，通孔用于该电阻应变计在埋入混凝土中定位使用。
优选的，弹性体9的两个弹性贴片的厚度为3-8mm，宽度为10-20mm，长度为100-200mm。
优选的，弹性体9包括第一弹性贴片和第二弹性贴片，其中第一弹性贴片上用于粘贴应变计本体，第二弹性贴片与第二弹性贴片粘接，且第二弹性贴片与应变计本体之间具有间隙，同时导向放置区域3之间用于填充保护体。
本发明还提供了上述电阻应变计的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，采用改性的特种工程塑料制成弹性体9，优选为改性的PET材料、改性的PEEK材料或改性的PPS材料；在第一弹性贴片的贴片区域1上涂覆一层高温环氧贴片胶，然后将应变计基体5粘贴在贴片区域1内，同时使应变计焊盘8设置在焊盘安装区域2上，并且将三线制的引线从导向放置区域3内引出；如图2或4所示，应变计焊盘8设置的倾斜的应变计焊盘粘贴面4，并且导向放置区域3为斜面下端的水平面上的区域。
步骤S2，如图3所示，在第一弹性贴片的边缘部位涂覆环氧或酚醛结构的胶体，具体的在放置应变计本体5之外的区域涂覆环氧或酚醛结构的胶体；然后将第二弹性贴片与第一弹性贴片粘接为一体，但是第二弹性贴片与应变计本体之间具有间隙，即第二弹性贴片上与应变计本体对应的区域与应变计之间具有间隙。
步骤S3，如图3所示，第一弹性贴片和第二弹性贴片粘接之后，其导向放置区域3相对的区域形成一个用于引出引线的孔结构，因此向两个导向放置区域3组成的空间填充硅胶，并且将引线设置在硅胶的中部，待硅胶固化后形成保护体。
步骤S4，将两个弹性贴片外露的两个面进行滚花处理，形成滚花面10。
优选的，如图2或3所示，为了便于在混凝土中的定位和安装，在弹性体的端部开有通孔。
优选的，第一弹性贴片和第二弹性贴片的厚度为3-8mm，宽度为10-20mm，长度为100-200mm。
优选的，应变计本体中应变计敏感栅6为康铜合金，优选为经过热处理的康铜合金，应变计敏感栅6的长度为50-100mm，电阻值为常规的120Ω或350Ω；应变计基底5为聚酰亚胺、聚醚醚酮或改性酚醛材料制成。

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，包括应变计本体以及设置在应变计本体外侧的弹性体(9)，其中应变计本体包括应变计基底(5)，应变计基底(5)上设置有应变计敏感栅(6)，应变计敏感栅(6)通过应变计边栅(7)连接有应变计焊盘(8)，应变计焊盘(8)上焊接有引线；其中弹性体(9)包括两个弹性贴片，弹性贴片的一面设置为滚花面(10)，另一面设置为粘贴面(11)，应变计本体设置在两个弹性贴片的粘贴面(11)之间；粘贴面(11)上设置有用于安装应变计焊盘(8)的焊盘安装区域(2)，焊盘安装区域(2)的一侧设置有用于粘贴应变计本体的粘贴区域(1)，焊盘安装区域(2)的另一侧设置有用于导出引线的导向放置区域(3)。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述引线为三线制引线，且引线外部设置有保护引线的保护体。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述焊盘安装区域(2)为向下倾斜的斜面。
4.根据权利要求1所述的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(9)上设置有用于应变计安装定位的通孔。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述弹性贴片的厚度为3-8mm，宽度为10-20mm，长度为100-200mm。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述两个弹性贴片分别为第一弹性贴片和第二弹性贴片，其中第一弹性贴片上用于粘贴应变计本体，第二弹性贴片与第一弹性贴片粘接，且第二弹性贴片上与应变计本体之间设置有间隙。
7.根据权利要求6所述的用于混凝土应力测试的电阻应变计，其特征在于，所述第一弹性贴片与第二弹性贴片相对的导向放置区域(3)之间填充保护体。
8.一种如权利要求1所述的电阻应变计的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采用改性的特种工程塑料制成的弹性体(9)，通过高温环氧胶将应变计本体粘贴在第一弹性贴片的贴片区域(1)上，并且将应变计焊盘(8)设置在焊盘安装区域(2)上，并且将三线制的引线从导向放置区域(3)内引出；
步骤S2，将第二弹性贴片与第一弹性贴片粘贴为一体，并且使第二弹性贴片与应变计本体之间具有间隙；
步骤S3，在两个弹性贴片的导向放置区域(3)之间填充硅胶，硅胶内部为引线，硅胶固化后形成保护体；
步骤S4，将两个弹性贴片外露的两个面进行滚花处理，设置成滚花面(10)。
9.根据权利要求8所述的电阻应变计的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中改性的特种工程塑料为改性的PET材料、改性的PEEK材料或改性的PPS材料。
10.根据权利要求8所述的电阻应变计的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中应变计本体的应变计敏感栅(6)为康铜合金材料，且其长度为50-100mm。
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