CN207798717U - 一种用于测试线膨胀系数的电测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，包括一个薄板，上面粘贴构成两种桥路的电阻应变片，来完成线膨胀系数测定的两种微小变量数据的测试工作，形变量的测试实现了温度自补偿，温度变化量的测试抵消了形变变化，即一个传感器构造集成两种电桥，同时测试两种微小量信号，实现了在使用过程中两种信号的同步输出，提高了输出数据的精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，属于固体材料线膨胀系数测试领域。
背景技术
线膨胀系数是材料热物理性能的主要参数之一，既可衡量材料的热稳定性，又是计算材料热膨胀系数的关键参数，一般可通过测量固体材料随温度变化所引起的长度变化确定。即其测试的关键因素主要有两个：微小量的精确测定和测试过程温度的一致性。一般传统的测量方法，由于如尺度望远镜、光杠杆以及千分表等方法，其测量操作不便且局限性较大，所产生的偶然误差，会导致测量精度降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，用以解决传统测量方法中微小变量测试精度较低的问题。
为实现上述目的，本实用新型的方案包括：
本实用新型的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，包括如下方案：
方案一，包括形变板、固定装置和两个相同的用于测量形变的形变应变片；所述形变板包括左右两个边缘，所述左右两个边缘均固定于所述固定装置上；所述形变板的前侧面用于感应待测材料的形变，后侧面上贴有所述形变应变片，一个形变应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/2处，另一个形变应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/4处或3/4处；所述2个形变应变片构成用于测量形变的形变电桥电路,且分别位于不同的形变电桥桥臂上。
本方案将应变片设置在薄板长度方向上的1/2处和1/4处，串联后薄板因温度变形的形变量相互抵消，最终能够得到基于真实形变的结果；且基于应变片的电测量方式精度高。
方案二，在方案一的基础上，所述形变板的后侧面上还贴有五个相同的、用于测量温度变化的测温应变片，三个所述测温应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/4 处或3/4处，两个所述测温应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/2处，所述五个测温应变片构成用于测量温度变化的测温电桥电路，所述1/2处的测温应变片和所述1/4或3/4处的测温应变片分别串接于不同的测温电桥桥臂中。
薄板中点单个应变片应变形变量是1/4处的3/2倍，从而在薄板中点1/2处布置2n个应变片，在薄板1/4处布置3n个应变片，其输出的结果中真实的变形信号相互抵消，输出只涉及薄板受温度影响而产生的信号。
方案三，在方案二的基础上，所述形变应变片和测温应变片为卡马镍镉高阻合金的电阻应变片。
卡马镍铬高阻合金，具有线性范围大、灵敏度高和抗高温疲劳等优点。
方案四，在方案二的基础上，所述形变电桥电路和所述测温电桥电路为半桥电路。
半桥电路能够在应变片工作时剔除一些与测量无关的参量，得到测试参量的真实值。
方案五，在方案一或方案二或方案三或方案四的基础上，所述形变板左右边缘嵌入所述固定装置；还设置有背板，所述背板两端也嵌入所述固定装置，所述背板与所述形变板后侧面之间形成空腔。
方案六，在方案五的基础上，所述背板开设有通孔，通孔上设有用于布线的、远离所述形变板方向延伸的中空的导向套，连接所述形变应变片、测温应变片的输出线路从所述导向套中间穿出。
方案七，在方案六的基础上，所述导向套上设置有外螺纹以及与所述外螺纹相匹配的固定用螺母。
采用带有外螺纹的导向套配合螺母，便于测试时的安装固定。
方案八，在方案六的基础上，所述导向套的开口端设置有固定所述输出线路的塞子。
方案九，在方案八的基础上，所述塞子为木塞。
方案十，在方案五的基础上，所述固定装置为陶瓷块，陶瓷块上设置有用于嵌入所述背板和形变板的凹槽。
附图说明
图1是本实用新型的用于测试线膨胀系数的电测传感器的结构示意图；
图2是温度自补偿测试应变半桥电路原理图；
图3是变形补偿测试温度变化半桥电路原理图；
图4是两种桥路在金属薄板上布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示的本实用新型的用于测试线膨胀系数的电测传感器的结构示意图，包括用于感应固体材料变形及温度变化的金属薄板7，金属薄板7镶嵌在两端为陶瓷材料的固定块 8上，固定块8上又镶嵌了固定板9，固定板9与金属薄板7组成一个内腔5，内腔5内贴有相同的应变片6，应变片6经桥路连接形成两种测试微量的电路，一个桥路可实现温度自补偿，测试固体材料的真实形变量，另一个桥路用于测试温度变化量，应变片6经导线3 输出测量数据信号，导线3经软木塞2固定，为使整个传感器固定，又添加了带外螺纹的导向套1，导向套2上添加固定螺母4与垫片10。有关所有的电阻应变片，其材质为卡马镍铬高阻合金，具有线性范围大、灵敏度高和抗高温疲劳等优点
金属薄板7上所设计的电阻应变片，包括两种形式的电路，分别用于测试真实形变量和温度变化量。如图2所示的用于精确测量真实形变的半桥电路，其中包括相同的电阻应变片R1、R2，分别布置在薄板长度方向的1/4处和1/2处的位置，并与相同阻值的定值电阻R3、R4组成半桥电路。所述电阻应变片串联后，薄板因温度变形的形变量相互抵消(温度自补偿)，其所输出的电压信号经处理即可表示薄板的真实形变量。
如图3所示的用于精确测量温度变化的半桥电路，包括两个电阻应变片R5、R6串联粘贴在薄板长度方向的1/2处，三个电阻应变片R7、R8、R9串联粘贴于薄板长度方向的1/4处，R5、R6、R7、R8、R9为相同的电阻应变片；两组串联的应变片与相同阻值的定值电阻组成半桥电路，其所输出的电压信号U抵消了形变变化经单位转换后可直接表示温度的变化量。
本实用新型电测传感器的金属薄板上的应变片R1、R2的布置如图4所示，应变片R1、 R2工作时实现自动补偿。图2桥路为温度变化时，两应变片所产生的附加应变相互抵消；图3是薄板变形时，两种应变片所产生的薄板变形附加量相互抵消。具体工作原理为，安装于腔体内贴于薄板上1/2处的电阻应变片R1和1/4处的相同电阻应变片R2，其阻值与定值电阻R3、R4相同，R1、R2、R3、R4分别作为桥臂组成等臂半桥电路，当薄片没有变形是，其桥路平衡，电压输出为零，当薄板变形时，由于应变片阻值的变化，电路电压降发生改变，从而搜集电压信号，并经放大处理后输出。半桥电路所输出的应变εr是R1的应变ε1减去R2的应变εr，由于薄板受温度影响所产生的R1、R2的变形是相同的，从而，输出的应变εr即为薄板变形的真实应变。另外，中点单个电阻应变形变量是1/4处单个电阻形变量的3/2倍，因此在薄板的1/2布置2个相同的电阻应变片R5、R6，在薄板的3/4处布置与 R5或R6相同的3个电阻应变片R7、R8、R9；R5、R6串联作为一个桥臂，R7、R8、R9 串联作为一个桥臂，与R5、R6桥臂等阻值的定值电阻作为一个桥臂，与R7、R8、R9桥臂等阻值的定值电阻作为一个桥臂组成半桥电路后，薄板形变导致的电阻应变片阻值变化被抵消，其输出只涉及薄板受温度影响而产生的信号，该信号可作为温度变化输出。
本实用新型的电测传感器，通过设置一个薄板，粘贴两种桥路的电阻应变片，来完成线膨胀系数两种微小变量数据的测试工作，即一个传感器构造集成两种电桥，可测试两种微小量信号，可保证在使用过程中两种信号同步输出，提高了测试数据输出的精度。
Claims (10)
1.一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，包括形变板、固定装置和两个相同的用于测量形变的形变应变片；所述形变板包括左右两个边缘，所述左右两个边缘均固定于所述固定装置上；所述形变板的前侧面用于感应待测材料的形变，后侧面上贴有所述形变应变片，一个形变应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/2处，另一个形变应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/4处或3/4处；所述2个形变应变片构成用于测量形变的形变电桥电路,且分别位于不同的形变电桥桥臂上。
2.根据权利要求1所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述形变板的后侧面上还贴有五个相同的、用于测量温度变化的测温应变片，三个所述测温应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/4处或3/4处，两个所述测温应变片贴于所述形变板从左边缘到右边缘距离的1/2处，所述五个测温应变片构成用于测量温度变化的测温电桥电路，所述1/2处的测温应变片和所述1/4或3/4处的测温应变片分别串接于不同的测温电桥桥臂中。
3.根据权利要求2所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述形变应变片和测温应变片为卡马镍镉高阻合金的电阻应变片。
4.根据权利要求2所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述形变电桥电路和所述测温电桥电路为半桥电路。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述形变板左右边缘嵌入所述固定装置；还设置有背板，所述背板两端也嵌入所述固定装置，所述背板与所述形变板后侧面之间形成空腔。
6.根据权利要求5所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述背板开设有通孔，通孔上设有用于布线的、远离所述形变板方向延伸的中空的导向套，连接所述形变应变片、测温应变片的输出线路从所述导向套中间穿出。
7.根据权利要求6所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述导向套上设置有外螺纹以及与所述外螺纹相匹配的固定用螺母。
8.根据权利要求6所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述导向套的开口端设置有固定所述输出线路的塞子。
9.根据权利要求8所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述塞子为木塞。
10.根据权利要求5所述的一种用于测试线膨胀系数的电测传感器，其特征在于，所述固定装置为陶瓷块，陶瓷块上设置有用于嵌入所述背板和形变板的凹槽。
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|---|---|---|---|---|
| CN114199135A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-18 | 南京理工大学 | 喉衬内型面退移量、碳化层厚度的测量装置及方法 |
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