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双轴同步测量技术:共和 KCH-5A-2 箔式应变片工作原理与应用逻辑

更新时间:2025-12-03点击次数:50
共和 KCH-5A-2 作为 350Ω 2 轴重叠配置带保护壳箔式应变片,凭借双轴同步测量能力与高强度防护设计,在工业结构多维度应力测试、设备形变监测等场景中发挥核心作用。其工作原理基于经典电阻应变效应,结合双轴重叠结构优化与信号协同处理技术,实现两个垂直方向应变的精准同步采集,以下从核心原理、结构设计赋能、信号传递机制及应用逻辑展开深度解析。

一、核心工作原理:电阻应变效应的双轴延伸应用

KCH-5A-2 应变片的测量基础仍是金属导体的电阻应变效应,即金属材料发生机械形变时,其电阻值会随长度、横截面积的变化呈规律性改变。与单轴应变片不同,该型号通过创新的 2 轴重叠配置,将两组独立的敏感栅按垂直方向重叠集成于同一基底,实现对被测构件 X、Y 两个垂直方向应变的同步捕捉。
其敏感栅采用高稳定性 Cu-Ni 合金箔经精密蚀刻成型,应变灵敏度系数 K 值约 2.1,确保微小形变下电阻变化的线性响应。当被测构件受力产生双向形变时,应变片通过粘结剂与构件表面紧密贴合,两组敏感栅同步跟随构件发生拉伸或压缩形变:拉伸方向的敏感栅长度增加、横截面积减小,电阻值增大;压缩方向的敏感栅长度缩短、横截面积增大,电阻值减小。两组敏感栅的电阻变化量分别与对应方向的应变大小呈线性关系,为双轴同步测量提供核心物理基础。

二、结构设计赋能:双轴测量与防护性能的双重保障

双轴重叠敏感栅设计:两组敏感栅采用重叠布局,栅长均为 5mm,栅宽优化至适配双轴集成尺寸,既保证了两个方向测量的独立性,又避免了结构叠加导致的体积过大问题,可精准捕捉构件局部双向应变,尤其适配复杂应力分布场景。350Ω 标准阻值设计适配工业主流应变仪,无需额外阻抗匹配模块即可直接接入,降低系统搭建成本。

金属保护壳与密封结构:一体化金属保护壳不仅能抵御工业环境中的粉尘、油污、水汽侵蚀,还能减少外部机械冲击对敏感栅的损伤,配合防湿防水处理,确保在 -40~100℃ 宽温域及潮湿、多杂质场景下的稳定工作。密封结构设计避免了水汽从引线接口或壳体缝隙渗入,保障双轴敏感栅的绝缘性能与测量稳定性。

温度补偿与基底设计:内置针对线膨胀系数 11×10⁻⁶/℃ 金属构件的温度补偿网络,可抵消环境温度变化对两组敏感栅的附加电阻影响,确保全温域内双轴测量误差均控制在 ±0.05%/℃ 以内。聚酰亚胺基底兼具良好的绝缘性与粘结性,能将两组敏感栅牢固固定,同时保证形变的高效传递,避免因基底形变滞后导致的双轴测量不同步。

引出线与焊接工艺:采用双路独立镀银铜芯引线,分别传输两组敏感栅的电阻变化信号,避免信号串扰;引线与敏感栅的焊接处经过强化处理,焊接点小巧且牢固,可抵御振动环境下的脱焊风险,保障双轴信号传输的连续性。

三、信号传递机制:双轴信号的同步转换与输出

KCH-5A-2 应变片的信号传递过程围绕 “双轴形变同步感知 — 独立电阻变化 — 桥路信号转换 — 双路数据输出" 展开,各环节协同确保双轴测量的同步性与准确性:

双轴形变同步感知:应变片通过粘合剂与双头螺栓组合安装于被测构件表面,安装时需确保基底与构件表面贴合,固化后的粘结层能将构件的双向形变同步、无延迟地传递至两组垂直布置的敏感栅,避免因安装偏差导致的双轴测量时差。

独立电阻变化:两组敏感栅在形变作用下分别产生独立的电阻变化,电阻变化量 ΔR₁、ΔR₂ 分别与对应方向的应变 ε₁、ε₂ 遵循公式 ΔR/R₀ = K×ε(R₀ 为初始阻值 350Ω),双轴应变信号通过电阻变化实现初步量化,且两组信号互不干扰。

桥路信号转换:应变片接入应变仪后,两组敏感栅分别对应惠斯通电桥的两个测量臂,构成双路独立电桥电路。电桥电路能将毫欧级的微小电阻变化信号转换为可测量的电压信号,同时放大信号幅度,抑制环境干扰,确保双轴信号的信噪比。

双路数据输出:经电桥转换放大后的双路电压信号,通过屏蔽电缆同步传输至数据采集系统,系统根据预设的标定参数,分别将两路电压信号换算为对应的 X、Y 方向应变值并同步显示输出,完成从双轴机械形变到双路电信号再到测量数据的全流程转换,实现双轴应变的同步采集与分析。

四、应用逻辑:场景适配与双轴测量价值落地

KCH-5A-2 应变片的应用逻辑核心是 “双轴同步测量解决复杂应力场景的测量需求",其应用场景均围绕构件存在双向应力的场景展开,通过双轴数据的同步获取,为工程分析提供全面依据:

场景适配逻辑:适用于存在双向应力的工业场景,如罐底侧板、料斗罐等承压构件的应变监测(需同时监测环向与轴向应变),卡车车架、工程机械臂等结构的多维度应力测试(需捕捉水平与垂直方向应变),以及大型建筑构件、船舶结构的双向应力分析等。这些场景中,单轴应变片无法全面反映构件的应力状态,而双轴同步测量能获取完整的应力分布数据,为结构安全评估提供更全面的支撑。

测量价值落地:通过双轴同步测量,可精准分析构件在复杂受力情况下的双向应变关系,判断结构的应力集中区域,预测潜在失效风险;在设备研发阶段,双轴应变数据能为结构优化设计提供依据,提升设备的承载能力与使用寿命;在运维阶段,双轴同步监测可实时掌握构件的双向形变状态,及时发现异常应变变化,避免因单向监测遗漏隐患导致的安全事故。

综上,共和 KCH-5A-2 箔式应变片通过电阻应变效应的双轴延伸应用、优化的结构设计与高效的信号传递机制,实现了双轴应变的同步精准测量。其应用逻辑紧扣复杂应力场景的测量需求,通过双轴数据的全面获取,为工业结构安全评估、设备性能优化提供了可靠的技术支撑,充分体现了双轴同步测量技术在复杂工业场景中的核心价值。



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