日本共和電業(yè)KFGS-10-120-C1中長柵箔式應(yīng)變片技術(shù)介紹：均勻應(yīng)力場測量與土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁、混凝土構(gòu)件、大型機(jī)械及壓力容器等工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測量中，測量區(qū)域的代表性直接決定了測試結(jié)果的有效性。若應(yīng)變片敏感柵過小，測量結(jié)果僅代表局部微小區(qū)域的應(yīng)變狀態(tài)，易受材料局部缺陷或應(yīng)力擾動的影響；若敏感柵過大，則無法適配曲面或空間受限的測點。日本共和電業(yè)（KYOWA ELECTRONIC INSTRUMENTS CO., LTD.）的KFGS-10-120-C1作為KFGS系列中10mm柵長的中長柵型號，以10×3mm敏感柵覆蓋中等面積的均勻應(yīng)力場，為鋼結(jié)構(gòu)橋梁、大型機(jī)械、混凝土構(gòu)件及壓力容器等大面積均勻應(yīng)力場的應(yīng)變測量提供了兼具代表性與空間適配性的解決方案。

一、10mm中長柵：面積代表性、空間緊湊性與局部平滑性的兼顧

KFGS-10-120-C1的核心技術(shù)特征在于其10mm中長敏感柵，敏感柵尺寸為10×3mm，基底尺寸為16×5.2mm。

10mm的柵長在KFGS系列中屬于中長柵規(guī)格，其在測量中具有多重技術(shù)優(yōu)勢：

• 面積代表性：相比2mm、3mm等短柵應(yīng)變片，10mm柵長覆蓋更大的測量面積，通過對較大面積內(nèi)的應(yīng)變進(jìn)行平均化測量，有效消除了局部材料缺陷、晶粒不均勻性或微觀應(yīng)力擾動對測量數(shù)據(jù)的干擾，獲取的應(yīng)變數(shù)據(jù)更具統(tǒng)計代表性和工程參考價值。

• 空間緊湊性：相比20mm、30mm等長柵應(yīng)變片，10mm柵長的基底尺寸更為緊湊，可安裝在曲面、轉(zhuǎn)角或空間受限的測點位置。

• 局部平滑性：在混凝土結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)等材料不均勻性較高的被測對象中，10mm柵長能夠平滑掉局部骨料或焊縫區(qū)域的應(yīng)力波動，獲取更具宏觀意義的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

二、聚酰亞胺基底與Cu-Ni合金箔

KFGS-10-120-C1的電阻元件采用Cu-Ni系合金箔（康銅合金） 材質(zhì)。銅鎳合金具有電阻溫度系數(shù)低、電阻穩(wěn)定性強的特性，能夠?qū)C(jī)械應(yīng)變精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)化為電阻變化，減少信號轉(zhuǎn)換過程中的數(shù)據(jù)偏差。箔式蝕刻工藝保證柵極線寬均勻、無應(yīng)力殘留，出廠一致性高。標(biāo)稱電阻120Ω，靈敏系數(shù)約2.1，與全球絕大多數(shù)靜態(tài)/動態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用適配。

基底材質(zhì)為聚酰亞胺樹脂，厚度約為14微米。聚酰亞胺基底兼具強的柔韌性、絕緣性與耐濕性，可緊密貼合金屬、混凝土、復(fù)合材料等多種被測基材的平面和曲面。聚酰亞胺基底還具有出色的防潮性能，不僅適用于室內(nèi)測量，也適用于現(xiàn)場測量——對于混凝土結(jié)構(gòu)、戶外橋梁等長期暴露于自然環(huán)境的監(jiān)測場景，防潮性能至關(guān)重要，可有效防止基底吸潮導(dǎo)致的絕緣性能下降和零點漂移。

KFGS-10-120-C1屬于帶保護(hù)器箔式應(yīng)變片。保護(hù)器覆蓋于敏感柵表面，為脆弱的柵極結(jié)構(gòu)提供物理防護(hù)——在混凝土澆筑、鋼結(jié)構(gòu)焊接等現(xiàn)場施工環(huán)境中，可有效防止砂石、工具或施工人員的意外觸碰導(dǎo)致的柵極損傷。

三、四檔線膨脹系數(shù)與溫度自補償

KFGS-10-120-C1提供11、16、23、27四檔線膨脹系數(shù)可選。用戶可根據(jù)被測物體的材質(zhì)選擇對應(yīng)的線膨脹系數(shù)型號：

• 11×10??/℃：適配碳鋼、普通結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵等鐵系金屬材料

• 16×10??/℃：適配不銹鋼、鋁合金等材料

• 23×10??/℃：適配鎂合金等輕金屬材料

• 27×10??/℃：適配混凝土、塑料、復(fù)合材料等低膨脹系數(shù)材料

自溫度補償范圍為10～100℃。與主要適用粘合劑組合后的使用溫度范圍覆蓋-196～150℃（PC-600）。在戶外橋梁、混凝土結(jié)構(gòu)等溫差變化較大的長期監(jiān)測場景中，溫度自補償功能可有效抵消溫度變化產(chǎn)生的附加應(yīng)變，無需額外粘貼補償片，簡化了橋路搭建。

四、疲勞壽命與長期監(jiān)測可靠性

KFGS-10-120-C1在±1500με交變微應(yīng)變循環(huán)下，疲勞壽命可達(dá)1.2×10?次（1200萬次）以上。室溫下應(yīng)變極限約為5.0%。

在橋梁健康監(jiān)測、大型機(jī)械長期載荷跟蹤等需要數(shù)月甚至數(shù)年連續(xù)數(shù)據(jù)采集的場景中，高疲勞壽命意味著傳感器在長期服役過程中不會因疲勞累積而提前失效。10mm中長柵通過大面積平均效應(yīng)抑制局部材料不均勻性帶來的噪聲，動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)更加平滑、穩(wěn)定。

五、典型應(yīng)用場景

KFGS-10-120-C1以其10mm中長敏感柵，廣泛應(yīng)用于大面積均勻應(yīng)力場測量和長期監(jiān)測領(lǐng)域：在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中用于主梁、橋面板的大范圍應(yīng)變監(jiān)測和長期健康評估；在混凝土結(jié)構(gòu)中用于大壩、隧道、建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測；在重型機(jī)械中用于大型結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分析和強度驗證；在壓力容器中用于容器壁的應(yīng)變分布測量和安全性評估；在高校大型力學(xué)試驗中用于大尺寸試樣的力學(xué)性能測試。

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