一种电阻应变式厚度测量装置及其测量方法

摘要

本发明公开的电阻应变式厚度测量装置，包括由U型弹性体、两个带定位轴销或螺纹杆的圆锥顶测量触头和四枚单轴电阻应变计R₁、R₂、R₃、R₄构成的双悬臂梁电阻应变式厚度测量传感器和电阻应变测量仪。利用厚度标准器对厚度测量装置进行标定，用经过标定的厚度测量装置测量试样的静态厚度和动态厚度。该厚度测量装置构造简单，分辨率小于0.1微米，可在材料力学性能试验以及机械加工等领域中测量几何形体的厚度；在材料力学性能试验领域，能够以厚度引伸方式实时测量试样加荷变形过程中的厚度。

主权项

1.一种电阻应变式厚度测量方法，其特征是用双悬臂梁电阻应变式厚度测量传感器（1）和电阻应变测量仪（2）组成电阻应变式厚度测量装置；双悬臂梁电阻应变式厚度测量传感器（1）由U形弹性体（4）、两个带定位轴销或螺纹杆的圆锥顶测量触头（5）和四枚单轴电阻应变计R₁、R₂、R₃、R₄构成；U形弹性体（4）的形状对称，其几何结构包括基座（ef）和与基座（ef）两端固联的两支悬臂梁C₁和C₂；悬臂梁C₁和C₂的几何结构均分为头部ac和颈部ce两段；头部ac段的长度大于颈部ce段的长度，头部ac段的横截面面积也大于颈部ce段的横截面面积；悬臂梁C₁和C₂在靠近自由端a处各加工有一个圆柱孔或螺纹孔，两个悬臂梁C₁和C₂上的圆柱孔或螺纹孔处于同轴位置；两个圆锥顶测量触头（5）按两个圆锥顶互对的方向利用定位轴销或螺纹杆分别与悬臂梁C₁和C₂上的圆柱孔或螺纹孔配合，固定在U形弹性体（4）上；两个圆锥顶测量触头（5）的间隔区域用于放置厚度标准器（3）或被测试样（6），两个圆锥顶的间距小于厚度标准器（3）或被测试样（6）的最小厚度；电阻应变计R₁和R₂对称粘贴在悬臂梁C₁的颈部ce的两侧，电阻应变计R₃和R₄对称粘贴在悬臂梁C₂的颈部ce的两侧，电阻应变计R₁、R₂、R₃和R₄的轴线平行于悬臂梁C₁和C₂的轴线；电阻应变计R₁和R₂用于感受悬臂梁C₁的弯曲线应变，电阻应变计R₃和R₄用于感受悬臂梁C₂的弯曲线应变，四枚电阻应变计R₁、R₂、R₃、R₄以全桥形式接入电阻应变测量仪（2）；电阻应变式厚度测量装置的测量方法，包括标定和测量，操作步骤如下： （1）用厚度标准器标定厚度测量装置：将厚度标准器的各标准厚度规块依次放入双悬臂梁电阻应变式传感器（1）的两圆锥顶测量触头（5）之间，并使标准厚度规块的两工作面与圆锥顶测量触头（5）的轴线垂直；记下电阻应变测量仪（2）的各次读数ε_r，然后利用最小二乘法求出电阻应变测量仪（2）读数ε_r与厚度值δ的函数关系式，即拟合方程 ε_r＝Aδ+B    （a） 式（a）中的常数A和B，分别按公式（a-1）和（a-2）计算： 式（a-1）和（a-2）中，δ_i表示不同厚度的标准厚度规块的标准厚度值；是各个标准厚度规块标准厚度值δ_i的算术平均数；ε_ri表示与不同厚度的标准厚度规块对应的电阻应变测量仪读数；是与不同厚度的标准厚度规块对应的电阻应变测量仪读数ε_ri的算术平均数；（2）测量被测试样的静态厚度：将被测试样放入双悬臂梁电阻应变式传感器（1）的两圆锥顶测量触头（5）之间，并使被测试样的测量面与圆锥顶测量触头（5）的轴线垂直，或 者使被测试样两测量面上的指定测点分别与两个圆锥顶测量触头的顶点对准；记下电阻应变测量仪（2）的读数ε_r，然后用公式 计算被测试样的厚度，或者将电阻应变测量仪（2）的读数ε_r直接送入计算机，由计算机按公式（b）给出被测试样的厚度；沿与圆锥顶测量触头（5）轴线垂直的方向移动被测试样，调整被测试样与圆锥顶测量触头的接触位置，测定被测试样不同位置的厚度；转动被测试样，调整被测试样相对于圆锥顶测量触头（5）的角度，测量被测试样沿不同贯穿线方向的厚度；（3）以厚度引伸方式测量被测试样的动态厚度：将被测试样夹持在双悬臂梁电阻应变式传感器（1）的两个圆锥顶测量触头（5）之间，圆锥顶测量触头（5）的轴线与被测试样的测量面垂直，双悬臂梁电阻应变式传感器的底部连接柔绳（7）的一端，柔绳（7）的另一端固定，使双悬臂梁电阻应变式传感器处于半悬挂状态；对被测试样施加与其厚度方向垂直的载荷F，利用圆锥顶测量触头（5）与被测试样之间的摩擦力，使圆锥顶测量触头（5）与被测试样的接触点保持不变，当被测试样的厚度发生连续变化时，由计算机虚拟仪器系统实时采集电阻应变测量仪（2）的读数ε_r，并按公式（b）计算被测试样的动态厚度。