应变片型号(应变片型号代码各代表什么)

应变片型号:3/350E LK11S-6

去百度文库，查看完整内容>内容来自用户:641166826主要应变片型号和规格｜型号｜规格｜KFG系列通用箔式应变片｜弯曲性优异、防水抗湿能力好，如不直接接触水，不需要涂层处理｜工作温度范围：-196-150℃；变形极限：5%（单轴）｜敏感栅长度：0.2、0.3、1、2、3、4、5、6、10、20、30mm｜应变片类型：单轴、双轴、三轴、四轴、单轴5片、双轴5片｜自补偿膨胀系数：5、11、16、23、27×微应变/℃｜电阻：60、120、350、500、1000欧姆，导线：可以根据要求带或不带｜可特别应用：一般用途单轴、压力分析、扭矩测量、剪切应变、集中应力等｜KH高温焊接应变片kHCR/KHCX｜工作温度：-50-350℃电阻：350欧姆｜栅长：5mm自补偿膨胀系数：11、16×微应变/℃｜连接方式：焊接，（用小功率电流焊接机）｜产品用途：非常适合长期的应变监测和恶劣条件高温应变测量｜KFW/KFWS系列防水应变片｜产品用途：直接用于水下或户外水多环境测量，不需要任何防护，非常方便｜使用环境：水下10MPA、100小时（如加上特殊防护，可以水下长期测量）｜敏感栅长：2、5mm(仅KFW有5mm)类型：单轴、双轴，三轴（仅KFW）｜电阻：120欧姆、350欧姆（120欧姆仅KFW有）｜KCW系列可焊接防水应变片｜产品用途：水下测量或防水环境长期测量｜产品类型：单轴单元：G10和全桥接式：G14S型两种｜膨胀

应变片型号在不同环境下有什么讲究

1、金属应变片：应变片度：0.2、0.3、1、2、3、4、5、6、10、20、30mm应变片类型：单轴、双轴、三轴、四轴、单轴5片、双轴5片适合膨胀系数：5、11、16、23、27×10-6/℃电阻：60、120、350、500、1000ω2、混凝土粘贴型应变片线性片应变片度：60、70、80、120mm类型：单轴箔应变片应变片度：10、20、30mm类型：单轴、双轴0°/90°、三轴型0°/90°/45°（双轴三轴仅应变片度10mm）3、两作用钢筋应变片测钢筋应力变化情况混凝土应变片测混凝土应力变化实测与设计进行比较

应变片型号的含义

金属应变片

应变片长度：0.2、0.3、1、2、3、4、5、6、10、20、30mm

应变片类型：单轴、双轴、三轴、四轴、单轴5片、双轴5片

适合膨胀系数：5、11、16、23、27×10-6/℃

电阻：60、120、350、500、1000Ω

混凝土粘贴型应变片

线性片

应变片长度：60、70、80、120mm

类型：单轴

箔应变片

应变片长度：10、20、30mm

类型：单轴、双轴0°/90°、三轴型0°/90°/45°（双轴和三轴仅应变片长度10mm）

应变片型号代码

与非网(eefocus)定位为电子技术门户网站和工程师社区，专注于电子及半导体产业分析、市场动态和前沿技术，为电子工程师提供一站式技术资源库和信息服务平台。

来源：与非网eefocus 作者：王兵

12月13日，特斯拉Optimus官方发布Optimus-Gen2视频。Optimus-Gen2与上一代相比外形出现较大改变，硬件方面新增脚部力&扭矩传感器和手部触觉传感器，脚部具有脚趾和鞋子，运动速度提升30%，灵巧手具有11自由度，所有手指均具备感知触觉。

从宣传视频的介绍看，新增的触觉传感器、力传感器以及更强大的平衡感知能力是特斯拉第二代Optimus人形机器人的主要亮点。人形机器人传感器检测对象不同分为内部传感器和外部传感器，其中内部传感器是用来感知机器人的自身状态的传感器，比如位置、速度、加速度；外部传感器是用以感受机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器，比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力觉等。

图|特斯拉Optimus-Gen2

来源：特斯拉视频

人形机器人中，对柔顺控制要求高的手腕和脚踝使用六维力传感器，用于准确获取驱动关节和肢体末端触感力学信号的感知，以及防摔倒等功能，而身体的其他关节则使用关节扭矩传感器。

六维力传感器能够同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，是维度最高的力传感器，能够给出最全面的力觉信息。相较于低维力传感器，六维力传感器的技术难度和使用难度高，但对于机器人产业链的智能装配和以及人形机器人的精密场景应用非常重要。

图|优必选人形机器人

来源：优必选官网

在优必选的Walker机器人介绍中，手腕和脚腕出总共搭载了4个六维力传感器。优必选招股书披露Walker机器人主要成本是六维力传感器，单价超过1.5万元，总价达到6万元，而其他环境传感器单价较低约仅为0.4元。

何为六维力传感器，为何单价那么高，在人形机器人中又发挥着怎么样的作用？下面笔者将和大家一起探讨和学习，共同揭开它神秘的面纱。

Part

1

六维力传感器介绍

01.原理

力矩传感器是一种用于测量物体所受到的力矩或扭矩的传感器。力矩是绕轴旋转时的力的效果，可以是静态力矩（未产生旋转的力矩）或动态力矩（产生旋转的力矩）。力矩传感器的作用是将物体的力矩转化为电信号，从而可以进行测量、监测和控制。

六维力测量的需求最早来自航空航天飞行器研究领域，安装在飞行器内部的六维力传感器用来测量飞行器的空气动力学特性，包括飞行器的升力、阻力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩，逐渐应用到汽车测试、生物力学、机器人等领域。

按照测量维度，力觉传感器可以分为一至六维力传感器。在指定的直角坐标系内，传感器如果能同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，这类力觉传感器我们就称它为六维力传感器，或者六轴力传感器。

表|不同力的维度测量原理

六维力传感器的内部算法，会解耦各方向力和力矩间的干扰，使力的测量更为精准。高精准度的六维力器，可以确保在六维度联合承载的情况下，测量值偏差在量程的0.3%FS以内。

图|机器人末端关节

机器人末端关节上使用的六维力传感器一般还要连接一个执行机构，比如是打磨头、夹爪、灵巧手等，执行器工作过程中的力臂在几十到两三百mm之间，力臂较大且随机变化。因此机器人上的力觉传感器一般采用六维力传感。

02. 分类

按照压力原件分类，硅应变片式力传感器性能最优，压电式转换元件主要应用在非六维力传感器中。根据转换元件的不同，传感器主要分为应变式力传感器、光学式传感器以及压电式力传感器：

 应变式力传感器：采用的是硅应变片或金属箔，压电式传感器可分为电容和压电两种。其原理都是转换元件应变片随力敏元件同时发生形变，导致自身电阻值、电压差、光栅变化，通过电信号反应力和力矩的改变。硅应变片能够保持高刚度、稳定性和信噪比，缺点是成本较高、制作工艺复杂；

 光学式元件：测量范围较广、抗电磁干扰能力强，但缺点是刚性偏弱，并且对环境的要求较高；

 压电/电容式元件：拥有高灵敏度和高分辨率，并且环境适用性较强，但缺点是电路复杂，信号漂移难以抑制。

03. 技术壁垒

六维力矩传感器的技术壁垒体现在：结构耦合设计、标定校准、数据精确采集、解耦算法四个方面。

在六维力矩传感器标定过程中，采用三个方向的力和三个方向的力矩同时加载的方式，就叫做六维联合加载标定，需要标定的样本点就达到了9的6次方，即531441个。

图|样本空间比较图

图|标定设备比较图

六维联合加载设备是高精度六维力传感器研发和生产的必要条件。它可以对力觉传感器实现正交三个方向力和三个方向力矩的同时精确加载，只有在传感器标定和检测过程中采用这种六维联合加载的方式，才能实现0.5%FS准度。设备无标品可以采购，靠厂家纯自研获得。

图|线性模型VS非线性模型

04.成本

图|六维力传感器拆解实物图

来源：与非研究院

六维力矩传感器单价昂贵是六维力矩传感器无法广泛普及的重要原因之一。ATI旗下机器人常用的mini45、axia80m8、nano43型号产品进口价格全都超过3万元人民币，大型传感器omega191进口价格在10.5万元。国产厂商海伯森产品标价为4.5万元，优必选采用的单价1.5万元。

六维力矩传感器成本：BOM+贴片+研发+其他，应变片成本占比最大。应变片式六维力矩传感器性能最优，我们以此类传感器为例分析其成本结构：

 BOM：弹性体（特种钢材）+应变片（硅、金属）+PCB板+粘合胶（环氧树脂等）。海外高端力传感器主要使用硅应变片：根据边湾贸易和竑浜电子数据，在分别除去运、税费后，硅应变片龙头KYOWA的KFWB型号应变片和HPI的HFP-12-063ZPW应变片的价格分别为696元/片和1148元/片。弹性体、PCB板以及粘合胶价格相对较为便宜。

 贴片：目前国内外六维力矩传感器厂商都依赖人工在显微镜下完成手动贴片、焊接操作。华兰海外售人工贴片服务，根据其官网数据，一台传感器的贴片人工费用为1000元/台左右。

 研发：弹性体设计、贴片仿真、标定检测、解耦算法以及六维联合加载设备的技术开发都需要大量的研发成本。

 其他：软件算法、六位联合加载设备制造（固定成本）与设备维修、折旧等成本。

05.市场空间

图|我国六维力/力矩传感器销量

来源：GGII数据、中航证券研究所

根据GGII数据，2022年我国六维力/力矩传感器销量4840套，同比增长62.58%，预计2023年销量有望突破6700套，同比增速40%左右。目前六维力矩传感器的应用下游以机器人（工业机器人、协作机器人）、医疗领域为主，未来人形机器人有望打开六维力矩传感器的应用新空间。

Part

2

国内主要六维力传感器企业介绍

01.坤维科技

常州坤维传感科技有限公司成立于2018年，是一家致力于提供高精度力觉传感器(六轴力传感器)及力控解决方案的企业。公司主营智能力觉传感器的研发、制造、销售、及技术推广，开发面向机器人及其他智能装备行业的力觉传感器产品，为机器人及其它智能装备、工业过程监控、产品质量检测、科研测试测量等领域提供力觉测量解决方案及相关产品。

传感器主体内置嵌入式采集系统对应变片的电压信号进行实时处理，转换为实际承受的载荷值，以数字信号形式进行输出。

表|坤维科技六维力产品列表

来源：坤维科技官网、与非研究院整理

坤维科技六维力产品覆盖11大系列，尺寸覆盖直径36mm~116mm，厚度18mm~47mm，量程覆盖30N~8000N，1.5Nm~8000Nm。

02.宇立仪器

SRI宇立仪器是集研发、生产为一体的技术密集型企业，公司主营多轴力传感器、力控打磨设备和汽车测试设备，围绕力测量和力控制，为全球客户提供系列化的解决方案。多轴力传感器包括六维力传感器、三维力传感器、一维力传感器和关节扭矩传感器。力控打磨设备包括iGrinder智能浮动力控、力控打磨工具和成套的机器人智能打磨设备。汽车测试设备包括汽车耐久测试力传感器、汽车碰撞假人力传感器、碰撞力墙和辅助驾驶测试系统ADAS。

 SRI拥有27项专利，取得了ISO9001质量体系认证和CNAS实验室认证。SRI拥有30多年传感器设计和力控经验，100%自主研发及生产技术，传感器型号超过500种，实际应用超过2000例，60000多SRI传感器全球服务进行中。

客户遍布世界各地，涵盖汽车、机器人自动化和医疗等领域，典型客户包括全球大部分汽车企业、美敦力Medtronic、ABB、KUKA、YASKAWA和高校研究所等。

图|宇立仪器发展历程

来源：宇立仪器官网

表|宇立系列六维力传感器

来源：宇立仪器官网、与非研究院整理

宇立仪器六维力产品覆盖9大系列，尺寸覆盖直径15mm~1500mm，厚度5mm~110mm，量程覆盖25N~600000N，0.5Nm~9000Nm。宇立仪器量程覆盖范围最广。

03.海伯森

海伯森技术(深圳)有限公司2015年成立，公司始终专注工业传感技术的创新，并在光学精密测量、工业2D/3D检测、机器人智能应用等领域形成了成熟的产品矩阵，主营产品包括3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦位移传感器、超高速工业相机和六维力传感器等。目前公司全面布*海内外市场，旨在为3C电子、工业自动化、精密工件检测、医疗、科研等行业领域提供精密智能传感技术。

海伯森技术自主研发的六维力传感器不仅被用于机器人的末端操纵装置和夹具，而且还用于机器人的其他部分，例如躯干、手臂、腿和头部等。这些特殊的力矩传感器被用于监测肢体快速运动、侦测障碍物并向机器人的中央处理器提供安全警示。例如，当机器手臂中的力矩传感器感测到机器手臂因碰撞到物体而出现突然及意外的外力时，其控制安全软件能使手臂停止动作并缩回其位置。具体应用场景包括力反馈控制、柔性精密装配、拖动示教等。

表|海伯森产品列表

来源：海波森官网、与非研究院整理

海伯森六维力产品覆盖6大系列，尺寸覆盖直径25mm~120mm，量程覆盖150N~4000N，4Nm~150Nm。

04.蓝点触控

蓝点触控（北京）科技有限公司成立于2019年，是一家专注于智能机器人前沿力控技术研发及应用的国家高新技术企业。作为一家提供机器人力传感器硬件、力控算法、行业工艺算法的力控方案提供商，蓝点触控自主研发的核心部件已全部实现国产化，已形成包括Wrist六维传感器、Joint关节扭矩传感器、力控工艺应用软件包等多个产品系列。通过深度整合柔性力控算法与工艺算法，蓝点触控已在医疗、卫浴、航空航天、3C、汽车、重工等多个行业规模化落地，应用于打磨、装配、医疗手术机器人、焊接、工业自动化、科研等众多领域。

图|蓝点触控产品列表

来源：蓝点触控官网

蓝点触控六维力产品覆盖2大系列，尺寸覆盖φ80mm*H25.5mm、φ60mm*H27.5mm，量程覆盖150N~3000N，6Nm~40Nm。

05.瑞尔特测控

瑞尔特核心技术团队拥有20年德国先进传感器设计、生产经验，对国外各类测力称重传感器的结构和材料特性的处理以及加工造诣颇深。国外凭借德国力值测控专家技术的传承，德国测力传感技术创新者，不断研发、生产精密微小型测力传感器、高端动态和静态扭矩传感器、六维力、三维力、多维力传感器。同时提供包括风洞、拧紧力、电动起，电动工具、六分量天平、桥梁、核电、贴片膜应力分析、高速称重测力数据采集、多通道数据采集等一系列专业技术服务。

高精度六轴力传感器，采用高质铝合金和17-4PH不锈钢两个大类原材料，强度高；并联机构设计，耦合低；内部数字解耦，抗干扰能力强，广泛应用于机器人，自动化设备，生物力学，汽车碰撞试验及耐久性试验。

表|瑞尔特产品列表

来源：瑞尔特官网、与非研究院整理

瑞尔特六维力产品覆盖3大系列，量程覆盖150N~4000000N，4Nm~200000Nm。

Part

3

总结

目前，六维力矩传感器的应用下游以工业、医疗机器人应用为主，行业总体销售规模不足万台。标定和检测难道较大，设备研发费用及人工贴片安装成本高等因素，导致现阶段销售单价较高。

针对国内市场，宇立仪器、坤维科技、海伯森、瑞尔特属于行业第一梯队，具体表现在三个方面：进入行业相对较早，技术较为成熟，产品性能优越，准度误差均能做到小于1%，且可进行产品迭代升级；都具备一定的批量化生产和出货能力；市占率位于行业前列，四家厂商出货占整个行业出货量50%以上。

未来2-3年，如果人形机器人销量达到1万台，对应六维力传感器销量4万台，平均每家厂商出货达到1万台水平，行业平均单价有望降低至2000-5000元，届时将打开六维力矩传感器的更多的场景应用和市场空间。

注：本文题图来自摄图网、作者自制、媒体公开资料、皆已授权。

好！消！息！

2024「德法工业4.0考察」计划已出炉！

2024年4月启程

↓↓↓

应变片型号和主要参数的区别

优质内容持续更新，点击蓝字关注我们

应变电测技术是通过电阻应变片测定构件的应变，再根据应力应变关系确定构件测点应力状态的一种实验应力分析方法，是解决工程实际问题的有效手段。

在应变测量中，将应变计或传感器固定在被测构件上，当构件变形时，应变计的电阻值发生相应的变化。通过应变测量装置（简称应变仪）可将应变计中的电阻值的变化测定出来，换算成应变或输出与应变呈正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应力或应变值。

应变测量可通过多种机械和电测量方法实现，但由于应变计优越的测量特性，在绝大多数应变测量中仍被广泛应用。

应变计的

基本构造

应变计是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变计的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

应变计各部位名称

应变计的

正确选择

任何领域应变计的使用，首先要考虑的就是为测试任务选择合适的应变计，应变计的选择看似十分简单，但仔细合理地选择应变计的特性和参数十分重要。选择合适的应变计能够针对指定环境和操作条件优化应变计性能、获取准确可靠的应变测试、最大限度降低应变计安装的整体费用。

应变计在选择过程中，可以从不同角度予以选择，主要参考条件有以下几点：

被测材料类型：金属、钢筋、混凝土、沥青、塑料等

测量目的：一般测试、长期监测、应力集中、残余应力等

使用要求：温度、环境等

尺寸要求：敏感栅长度选择，通常应变计的栅长应不大于测量区域半径的1/5～1/10

材料要求：敏感栅和基底材料选择

电阻要求：应变计电阻要求(120Ω、350Ω、其他)

结构要求：敏感栅结构型式的选择

其他：应变片接线方法、导线类型及长度等

一般来说，各厂家应变片的型号或命名规则都会对应着应变片的主要技术参数，我们通过对日本东京测器（TML）应变计命名规则的介绍，帮助大家了解应该如何进行产品选型。

上图为TML应变计的命名规则，其中标准应变计阻值为120Ω，另有350Ω、1000Ω高阻值型可选。下面我们就详细介绍一下应变计的详细参数。

01

应变计种类

02

应变栅形状

L/LA/LK/LX/LG/BX/BY

单轴

LAB/LKB/LGBGOBLET

C/CA/LC/CS/CB

2-轴重叠型(0°/90°)

CABGOBLET

R/LR/RA/RAS/RS

3-轴重叠型(0°/45°/90°)

RABGOBLET

XV/YV/BXV/BYV

5连栅单轴

CV

5连栅双轴(0°/90°)

CT

扭矩

LT

45°单轴

03

栅长

应力分布较均匀的钢结构，选择栅长是5~10mm。如果是不均匀的材料，必须平均应变取得适当的长度。由水泥和骨料组成的混凝土等不均匀材料的测量，使用骨料直径3倍左右的应变计。

▼TML应变片选择经验（仅供参考）

栅长

测定对象

0.2~1mm

测量集中应力

2~6mm

测量金属的普通应变

10~20mm

测量砂浆、木材、FRP等

30~120mm

测量混凝土

04

特殊功能

一般用途应变计无标识

功能

适用应变计

T-内置热电偶测温

适用于大部分应变计

A-左45°

QFLT

B-右45°

QFLT

W-宽基底

FLAB，QFLAB，部分350Ω应变计

05

补偿材料

*仅温度自补偿应变计有标注。其他材料，请单独咨询。

06

预装导线长度

2-线式：标准长度1,3,5m

3-线式：标准长度3,5m

07

引出导线种类

选项-F符合CE认证，使用无铅焊料进行预装导线的连接。

对于使用无铅焊料预装导线的应变计，型号后缀添加选项代码“-F”，以区别于使用含铅焊料预装导线的常规应变计。

在选型的过程中还可以根据实际的测量目的、工作温度等条件进行选择。

根据测量目的选型

根据工作温度选型

应变计型号规格较多、用途广，选择合适的型号能够有效降低成本、优化测试质量。您在选型时遇到任何问题，都可以联系欧美大地。

服务热线：400-700-9998

官方网址：www.epccn.com

诚实|专业|创新|共享

●往期推荐●

● 我们是如何解决自升式钻井平台桩腿安全问题的？

● 高掺量RAP再生路面材料性能评价方法和设备

● 关于岩体结构的N个知识点与研究方法

● 微震成像监测系统在防越界开采中的应用

球分享

球点赞

球在看

应变片型号be与bx有什么区别

近期我们收到很多用户对于高温&低温环境下进行应变测量的产品选型及技术方案咨询，今天小编带您重温如下文章，希望能帮到您！

点击下图详细了解☟

同时，我们也很高兴为您带来一款新产品，那就是可以实现更高温度测量的粘贴型应变片

——HZF系列

New

高温应变片HZF系列

HZF系列为可测量高达350℃的高温粘贴型应变片，符合RoHS标准。

主要参数

尺寸

温度自补偿线膨胀系数对应：

-11:软钢-17:不锈钢-23:铝

您也可以根据需要选择连接导线的型号，详情请咨询欧美大地！

热线：400-700-9998

邮箱：epces@epc.com.hk

❖

根据温度进行应变片选型

关注我们

应变片型号不一样可以用吗

在选择正确的应变片之前，需要明确测量目标。首先要考虑的问题是应变片将用于应力测试还是传感器制造。

应力测试

传感器制造

实验应力分析

残余应力分析

加载分析

生命周期分析

测定热应力

力

称重

扭矩

压力

应变

应力测试用应变片选择应按以下标准进行选择:

应变直片 (如LY4)带有一个测量栅丝，测量一个方向的应变。

T 型应变花 (如XY3)带有两个测量栅丝，彼此呈90°排列。此类应变片应用包括已知主应力方向的双轴应力测量，以及拉压双向应力测量。

V型应变片 (如.XY4)带有两个测量栅丝，彼此呈90°排列。典型应用包括扭转应变测量和剪切梁的剪切应力测试。

双桥应变片 (例如DY4)带有两个测量栅丝，彼此平行排列。典型的应用为弯曲梁测量。

三栅应变花 (例如RY8) 测量栅丝呈0°/45°/90° 或0°/60°/120°排列。主要用于未知主方向双轴应力测量和分析。

链式片 (如KY8) 带有10 或15个很小的测量栅丝，等距离分布，并包括一个补偿片。主要应用为应变梯度测量。

全桥片 (如VY4)带有四个测量栅丝，彼此呈90°排列。典型应用包括拉压双向应力，扭转应力和剪切梁的剪切应力测试。

应变片系列

HBM提供多个应变片系列用于应力测试。应变片系列由载体（例如聚酰亚胺）和测量栅丝箔材（例如康铜）组合来确定。同一系列应变片都具有相同的基底和栅丝箔材。因此，对于同一个应变片系列来说，很多规格是相同的。.

对于实验应力测试，可在恶劣环境下使用的坚固和柔性应变片具有明显的优势。聚酰亚胺基底的Y系列应变片属于该类别。该系列有大量不同规格，能满足实验应力测试的各种要求。还包括很多特殊类型的应变片，例如，钻孔应变花，用于测量结构件的残余应力，或用于研究复杂结构的应力分布。

 HBM提供不同连接配置的应变片。

内置焊盘 (如LY4)

允许直接在应变片上焊接

带应变消除焊盘 (如LY6)

允许直接在应变片上焊接,同时避免加卸载荷通过焊盘传递到应变片

镀镍铜引线，非绝缘，约30mm(1.18英寸)长 (如LY1)

不可直接焊接到应变片上

能阻断加卸载荷传递到应变片

需要使用独立的焊接端子

特氟龙绝缘连接线,约50mm (1.97英寸)长 (如K-CLY4)

无需焊接

特氟龙绝缘层可防止电缆在安装过程中粘连

需要使用独立的焊接端子

特氟龙绝缘连接线,约50mm(1.97英寸)长 (如K-CLY4)

电缆长度从0.5到10m(1.64-32.81ft)，2线,3线和4线可选

在测量点焊接不是必须的

特氟龙绝缘层可防止电缆在安装过程中粘连

如果温度变化， 惠斯通1/4桥电路 单独连接的应变片将显示输出信号。这个信号被称为“表观应变”或“热输出”，并且独立于测试对象上的机械负载。

但是，可以将应变片调整为特定材料的热膨胀系数，使得在温度变化的情况下输出信号非常小。这种应变计被称为“温度响应匹配”或“自补偿”应变片。

为了匹配温度响应，必须根据测试材料的热膨胀系数α来选择应变片。

应变片测量栅丝长度取决于测量的目的，因为使用应变片测量的结果是测量栅丝区域的平均应变。一般来说，测量栅丝长度为3或6毫米（0.118或0.236英寸）。

如果存在不均匀的材料，如混凝土或木材，建议使用长测量栅丝。长的测量栅丝将弥补工件的不均匀性。

短的测量栅丝适合于检测*部应变。因此它们适用于测定应变梯度，缺口应力的最大点或类似应力。

HBM应变片提供120,350,700 和1,000Ohm型号可供选择。电阻大小选择取决于测量任务。并可按照客户要求对电阻值进行定制。

低阻值应变片

高阻值应变片

应变片型号大全

随着复合材料在主承力结构上的应用，复合材料修理技术已经成为复合材料服役周期内的重要一环，其中利用金属的铆接修补方法在快速修补技术中具有重要应用。采用中心挖跑道形孔法模拟碳纤维复合材料损伤，分别使用不锈钢板与钛合金板对复合材料损伤件进行铆钉修补，对损伤件和两种修补件进行轴向拉伸试验，并采用应变计监测复合材料孔边及金属板中心应变。

碳纤维复合材料由于其高比强度、高比刚度和优异的耐腐蚀性能，在航空、航天、船舶等领域有广泛的应用。碳纤维增强复合材料结构在实际服役过程中可能遭受损伤，因此，大量使用碳纤维复合材料时，必将涉及到碳纤维复合材料结构的维护和修理。

复合材料的修补方式主要有3大类，分别是机械连接修补、胶接修补以及混合修补。混合修补是指将机械连接修补和胶接修补相结合，通常在胶接修补的基础上使用铆钉或者螺栓对补片进行再次固定。胶接修补是将补片胶接在被修补材料上或用共固化的方式将补片与被修补材料胶黏起来的修补方式。胶接修补目前使用较为广泛，载荷分布较为均匀，修补效率较高；但是胶接修补在外场无合适胶黏剂或热固化条件时不适用，对环境条件非常敏感，而外场修理环境限制较多，这种修补方式比机械连接法施工困难，修补周期更长。机械连接修补指在受损材料损伤部位周围打孔，利用紧固件将补片与待修补材料进行螺接或铆接，使损伤结构遭到破坏的载荷传递路线得以重新恢复。使用金属机械连接修补复合材料具有效率高、工艺简单、便于操作等优点，是复合材料快速修补一种重要的方法。

机械连接修理一般采用补片修理。其中铆接是一种用于复合材料修复的效果突出的技术，只需要进入面板的一侧进行修理即可。铆接主要用于蒙皮的修理，许多文献已研究和评估使用复合材料修补金属的效果。波音787结构维修手册中规定了明确的修理方案，其中包括复合材料机身蒙皮使用金属材料进行铆接修理。通过单面铆钉紧固件与母体结构机械连接，用这种外搭接补片连接法尤其适用于外场紧急修理，可以修理损伤区直径达100mm的蒙皮。刘礼平等对复合材料使用钛合金铆接修理的方法，具体包括填平与不填平2种方案，2种修理方案均能满足修补后结构静强度要求；此外，还对不同损伤孔径飞机蒙皮进行胶铆修理，然后进行静强度拉伸试验来评价修理作用。张阿盈等采用钢片修补碳纤维复合材料，使用钛合金铆钉连接，并用Abaqus有限元软件对单排铆钉和双排铆钉修补含切口试件进行数值分析，破坏位置、破坏模式和破坏载荷与试验结果比较吻合，2种铆钉排布均使破坏载荷增加，与单排铆钉修补相比，双排铆钉承载能力提高了17%。Wang等对需要快速战损修复的复合材料结构件铆接铝角修理结构进行了3种载荷条件下（面内剪切、轴向压缩和横向压缩）的试验，结果表明，与未修复的损坏标本相比，外部修复使强度提高了83%，等效故障应变超过3300με。Hua等对存在直径30mm左右圆形分层的复合材料板使用铝合金铆钉修补进行拼接修复，铝铆钉修复后强度为原板强度的60.9%。Pitta等对碳纤维增强环氧树脂复合材料使用铝合金铆接、粘合和混合接头进行修复，然后施加拉伸载荷，其中铆接接头的强度标准差最小，代表在实际应用中具有较高的可靠性。

在外场紧急修补时，不同金属修补材料对于外场紧急修补的效果比较还少有研究。因此，本研究对CCF300/QY8911复合材料板采用金属板铆接修理方法，分别对中心挖跑道形孔的损伤试验件、不锈钢板铆接修补试验件、钛合金铆接修补试验件开展了拉伸试验，对比了承载能力、载荷-应变曲线和破坏模式，由此评估修补效果，并获得了不同金属修补结构的力学响应的规律，可以为复合材料服役结构的修理提供有用的指导。

材料及方法

01

试验材料

使用的碳纤维复合材料牌号为CCF300/QY8911，铺层方式为[45/0/-45/90/0/45]s，名义厚度1.5mm。完好复合材料标准件按照ASTMD3039/D3039M-17的规定进行加工，长度250mm，宽度25mm，两端粘贴56mm×25mm×1.5mm的加强片。损伤件采用中心挖跑道形孔的方法制备，损伤试验件长度450mm，宽度100mm，两端加强片尺寸为110mm×100mm，中心跑道形孔尺寸长轴50mm，平行直线段30mm，圆弧处直径20mm。

美国联邦航空管理*（FAA）规定了铆接接头参数：铆钉之间的最小间距为3倍铆钉直径（建议4~6倍铆钉直径），铆钉边缘距离为2.5个铆钉直径。本研究参考了国内一些飞机维修经验，主要参考夏毅锐等和王博等对飞机蒙皮铆接修理中铆钉直径与铆钉排布的推荐规定并根据结构进行调整。有研究表明，铆接复合材料的承载强度是铆钉宽径比的函数，但本研究不特意研究铆钉参数的影响，选用同种铆钉即可。修补件即在损伤件的基础上，使用100mm×150mm×2mm的不锈钢板（牌号为304不锈钢）或钛合金板（牌号为TC4，退火态）进行修补，金属板完全覆盖跑道形孔，使两种材料的几何中心重合，然后与碳纤维复合材料进行铆接，铆钉选用标准沉头铆钉，钉身直径4.1mm，双排铆钉位置为距离金属边缘25mm和45mm。复合材料标准拉伸件按照ASTMD3039/3039-17规定的尺寸制备，损伤件、不锈钢修补件和钛合金修补件各制5件为一组。损伤件和修补件如图1所示。

02

试验步骤

针对含跑道形孔损伤复合材料试验件和使用金属铆接修补后的修补试验件，参考ASTMD3039/D3039M-17标准进行拉伸试验。首先测量复合材料的宽度和厚度，在复合材料跑道形孔距中心35mm处和修补的金属面板中心粘贴应变片监测应变，应变片型号为BE120-3AA（11）。复合材料面和金属面的应变计粘贴位置如图1蓝色方块位置，安装试样到试验机上并确保试样对中，以2mm/min的速率对复合材料施加轴向拉伸载荷，直至试验件完全破坏。

试验结果

复合材料完好标准件、无修补含跑道形孔损伤件和2种金属修补件的拉伸试验结果分别见表1、表2和表3。其中，表3中载荷-位移曲线上的第1个峰值，对应于含跑道形孔复合材料层板破坏时的载荷；载荷-位移曲线第2个峰值，对应于在复合材料断裂后金属板与复合材料双搭接结构承受的最大载荷。由于金属侧没有被完全拉断无法获得金属侧破坏应变。

表1CCF300/QY8911复合材料的拉伸性能

表2CCF300/QY8911无修补跑道形孔损伤件拉伸性能

表3CCF300/QY8911复合材料使用金属修补后的拉伸性能

从表2可得，含孔损伤件平均承载力为20.7kN。当使用不锈钢板和钛合金板修补后，复合材料破坏时对应的载荷（第1个载荷峰值）为34.2kN，比损伤件承载能力提高了65.2%，说明使用金属修补后起到了明显的修补效果。使用不锈钢板和钛合金板修补后的铆钉拉脱时的平均载荷（第2个载荷峰值）几乎相等，分别为31.3kN和31.6kN，为第1个载荷峰值的91.5%和92.4%，均大于90%。

2种金属修补件的复合材料侧的破坏应变也大致相等，分别为4298με和4227με，大约比跑道形孔损伤件高100με。当拉伸修补件中复合材料破坏时，不锈钢侧对应的应变平均为120με，而钛合金侧对应的应变平均为270με，金属侧的变形说明金属修补起到了增强效果，金属分担了部分载荷，又由于是复合材料侧先发生破坏，而非金属与复合材料铆接连接部位先破坏，因此修补达到了一定的效果。表3中的第2个载荷峰值处金属侧中心位置应变离散性较大，由于在第2个载荷峰值时各试验件铆钉崩脱的个数和位置不同，导致金属板发生翘曲的程度不同，因此应变相差较大。

力学行为及破坏模式

01

载荷-位移曲线

取损伤件、不锈钢修补件和钛合金修补件的各自1号试样的载荷-位移曲线进行对比，如图2所示。跑道形孔损伤件载荷达到最大值时突降为零，代表复合材料脆性断裂后完全不能承载；而使用金属材料修补后，载荷-位移曲线出现2个峰值，第1个较尖锐的峰值即对应复合材料脆性断裂时载荷突变，随后整个修补结构变为一个双搭接形式的复合材料与金属的铆接连接结构，随着铆接部位开始全面承载，载荷再次继续增加，第2个较圆缓的峰值对应于铆钉连接金属修补材料承受载荷，铆钉渐次拉脱后构件逐渐失去承载能力时的载荷变化。

02

应变曲线

CCF300/QY8911复合材料标准件的应力-应变曲线、损伤件和金属板修补件的载荷-应变曲线如图3（a）~（f）所示。曲线中载荷值为结构整体承受的载荷。

由图3（a）可以看出，CCF300/QY8911复合材料应力-应变呈良好线性关系，且组内试样曲线斜率分散性小，载荷达到最大值时发生脆性断裂。含跑道形孔损伤件的载荷-应变曲线为线性，随着载荷增大，应变线性增加，直到断裂时达到最大值。

比较图3（c）和（e），可以观察到在500με左右时，修补件复合材料一侧跑道形孔长轴边缘应变的变化趋势发生变化，这是由于加载初期，伴随着试样及夹具间隙的清除，载荷通过铆钉传递到金属修补材料上，由于复合材料和金属材料二者模量的差异较大，且载荷加载在复合材料轴向方向，因此，加载初期呈现一定程度的非线性。当修补件整体稳定承载后，载荷-应变曲线恢复平直。

不锈钢板和钛合金板修补后金属侧的应变分别见图3（d）和（f），两者表现出相同的变化趋势。金属侧应变曲线有明显特征点，在图中用数字1~5标记，并按数字顺序用箭头标记出应变历程。随着载荷增加应力增大，应变先向负值（代表受压缩载荷）增加，然后均匀向正值（代表受拉伸载荷）增加，当复合材料破坏时金属侧应变产生突降，值得注意的是，不锈钢修补件应变平均降至约-120με，钛合金修补件应变平均降至约30με，而后依靠铆钉传递载荷至金属材料，应变继续增大，直到铆钉拉脱，整体结构被完全破坏。

初始金属修补材料的应变很小，几乎不承载，且复合材料在拉伸时由于跑道形孔的存在，复合材料板变形不均匀，金属板覆盖区域下的两边变形小，而中间变形大，导致铆钉挤压，从而造成金属侧受压缩作用，因此应变为负值。随着载荷继续增大，复合材料被拉长的同时金属板也产生轴向拉伸变形，所以金属侧应变增大且为正值。复合材料破坏后应力得到释放，整体结构通过铆钉连接金属板的双搭接结构开始承载，产生有效补强作用。

从图3（d）可以看出，对于不锈钢修补件，由于304不锈钢的模量远大于复合材料，初期铆钉挤压产生少量压缩作用，复合材料被拉长带动铆钉变形，导致不锈钢产生微量变形，复合材料断裂瞬间不锈钢板回弹至压缩状态，所以应变数值降低至-120με。复合材料断裂时，由图3（f）可知，钛合金板应变没有恢复为零，而是陡降至约30με。3→4的应变变化过程对应复合材料破坏时金属板回弹现象。不锈钢板和钛合金板的应变回弹量均为240με左右，推测这是因为在复合材料破坏前，金属板由于铆接作用跟随复合材料在载荷作用下产生了与复合材料相等的变形量，这部分变形为弹性变形，复合材料断裂瞬间，金属板分担的载荷得以释放，金属板发生回弹变形。

03

破坏模式

结论

针对CCF300/QY8911复合材料进行挖跑道形孔模拟损伤及采用2种金属材料（不锈钢和钛合金）修补后进行拉伸试验对比了力学行为，并评估了修理效果。

1）使用不锈钢和钛合金修补后，承载能力较荷增加了65.2%。金属板对CCF300/QY8911复合材料的修补作用明显，2种金属修补效果几乎相同。

2）当含跑道形孔复合材料板断裂后，使用金属板修补的结构件呈铆钉连接的双搭接结构，能够继续承载，其承受载荷大于修补件复合材料和金属板共同承载时的最大值的90%。

3）无论修补与否，结构初始破坏位置均位于复合材料跑道形孔长轴边缘，且使用金属修补后对复合材料破坏应变的影响很小。

本文作者：张琴、王雅娜、杨洋、何玉怀、陈新文

作者简介：张琴，中国航发北京航空材料研究院检测研究中心，航空材料检测与评价北京市重点实验室，中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室，助理工程师，研究方向为复合材料力学性能。

精彩内容回顾

碳纳米管膜用于碳纤维增强树脂基复合材料的电热固化技术|科技导报

核壳粒子增韧改性液态成型双马树脂性能及其机理|科技导报

SiC/SiC复合材料疲劳与蠕变性能研究进展|科技导报

人脑信息处理和类脑智能研究进展|科技导报

《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。