论文部分内容阅读
[摘 要]针对目前调阻效率低，精度低，操作难的问题，设计了一种电阻应变片自动调阻装置。应变片安装在三轴平台上，将喷电解液模块、吹电解液模块及探针模块安装于三轴平台的垂直电机轴上，通过控制计算机可控制调阻装置的各个模块，对应变片重复进行阻值测量、喷电解液、通电电解、断电并吹走电解液、再次阻值測量五个过程，直至将应变片阻值调整到满足精度要求，从而完成一片电阻应变片的调阻工作。该设计完全摒弃了现有机械式修正电阻应变片阻值的工作原理，采用电解的方式实现对电阻应变片阻值的调整，大大提高了生产效率和产品的精度及稳定性，并且该装置工作稳定，易于维护改造和升级。
[关键词]电阻应变片 电解调阻 高精度
中图分类号：V785 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0343-02
Research and Design of Automatic Resistance Tension Resistance Device
LI YanBin Ma Zhongjing Wang Jiaojiao
（Mechanical Engineering School of Shandong University of Science and Technology Shandong Zibo 255000）
[Abstract]Aiming at the problems of low efficiency， low precision and difficult operation， a kind of automatic resistance adjusting device for resistance strain gauge is designed. The strain gauge is installed on a three-axis platform， the electrolyte spraying module， the electrolyte solution blowing module and the probe module are mounted on a vertical motor shaft of a three-axis platform. Each module of the resistance adjusting device can be controlled by a control computer to duplicate the strain gauge Resistance measurement， spray electrolyte， electricity electrolysis， power and blowing away the electrolyte， resistance measurement again five processes until the resistance of the strain gauge adjusted to meet the accuracy requirements， thus completing a resistance strain gauge resistance adjustment work . The design completely abandon the mechanical resistance of the mechanical strain gauge resistance of the working principle， the use of electrolysis to achieve resistance strain gauge resistance adjustment， greatly improving the production efficiency and product accuracy and stability， and the device work Stable， easy to maintain and upgrade.
[Key words]resistance strain gauge； electrolytic resistance adjustment； high precision
0 引言
电阻应变片的应用范围十分广泛，常用于航空、航天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等。电阻应变片是由敏感栅等构成，它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化，因此常用于测量机械构件的应变。电阻应变片的精度直接影响到对被测对象应变的测量精度[1]。因此，经初步加工完成的电阻应变片必须经过调阻过程，将电阻应变片的初始阻值调整在一定的阻值范围内才算合格。
目前，电阻应变片的调阻工作主要由人工操作完成，操作者通过微型直流电机控制涂有研磨膏的脱脂棉对电阻应变片进行研磨，从而降低电阻应变片敏感栅栅丝的厚度，达到阻值调整的目的。此方法工作强度大、效率低，同时由于对栅丝研磨不均匀的原因降低了电阻应变片的稳定性和可靠性，此外，电阻应变片的调阻精度和调阻合格率受人为因素影响大。
针对人工调阻方法的缺点，提出一种电阻应变片自动调阻机，用于提高电阻应变片的调阻效率和精度，采用的原理是通过自动控制系统控制打磨头对电阻应变片进行研磨来实现，其本质仍是通过机械研磨降低栅丝厚度达到阻值调整的目的[2]。因为电阻应变片栅丝厚度本身很薄，一般低于10微米，因此该调阻机很难控制打磨头对栅丝的打磨厚度，从而很难实现对电阻应变片高精度和高效率的调阻，同时，由于很难实现打磨头对电阻应变片栅丝的均匀打磨，故会造成电阻应变片栅丝厚度不均的问题，进而影响电阻应变片的稳定性和可靠性。因此，开发一款采用新工作原理实现电阻应变片自动调阻的装置显得尤为迫切。 1 工作原理
1、1 总体装置示意图
装置总体结构如图1所示，包括三轴平台、控制计算机和控制电路模块、喷电解液模块、吹电解液模块和探针模块。
三轴平台主要由三轴平台底座、x轴向驱动电机、y轴向驱动电机和z軸向驱动电机组成，控制计算机通过控制电路模块可灵活控制x轴向驱动电机、y 轴向驱动电机和 z轴向驱动电机，从而可调整待调电阻应变片与探针模块之间的空间相对位置[3]。
控制计算机主要实现调阻装置参数的设置和调阻流程的控制[4]。
控制电路模块由单片机及其外围电路、串口通讯电路、电机驱动电路、喷液控制开关、吹液控制开关、探针工作模式切换开关、报警电路组成；单片机通过串口通讯电路接收控制计算机指令，通过电机控制电路实现对 x 轴向驱动电机、y 轴向驱动电机和 z 轴向驱动电机的控制，通过喷液控制开关和吹液控制开关分别实现对喷液过程和吹液过程的控制，通过探针工作模式换开关实现探针对电阻应变片阻值测量和通电电解两种工作模式的切换，通过报警电路在系统工作异常时发出警报[5]。
喷电解液模块在控制计算机的控制下，将电解液喷到待调电阻应变片上，以用于探针通电后对待调电阻应变片进行电解处理。
吹电解液模块在控制计算机的控制下，将待调电阻应变片上的电解液吹走，以减小电阻应变片阻值测量过程中电解液对阻值测量精度的影响。
探针模块可以在探针工作模式切换开关的控制下工作在两种工作模式，一种工作模式是通过切换开关将探针切换到电阻应变片阻值测量模式，用于测量电阻应变片的阻值[6]。另一种工作模式是通过切换开关将探针切换到通电电解工作模式，用于提供电阻应变片电解过程所需电源。
1、2 工作过程
电阻应变片自动调阻装置的工作过程依次如下，如图2所示，将待调电阻应变片安装在三轴平台的应变片安装平台上，控制计算机通过控制x轴方向控制电机、y轴方向控制电机和z轴方向控制电机，使探针对准并接触到待调电阻应变片的两个焊盘上。如图3所示，开始测量与调阻阶段的工作。第一步，控制计算机通过控制电路模块，将探针切换到电阻测量工作模式，测量出待调电阻应变片的阻值；第二步，控制计算机通过控制电解液喷头将电解液喷到电阻应变片上；第三步，控制计算机通过控制电路模块将探针切换到通电电解工作模式；第四步，待电解结束后，控制计算机通过控制吹液喷头将待调电阻应变片上的电解液吹开；第五步，控制计算机通过控制电路模块将探针切换到电阻测量工作模式，测量出待调电阻应变片的阻值，如果所测阻值在设定的精度范围之内则停止调阻，反之将重复上述第一步到第五步的过程，直至将待调电阻应变片的阻值调整到设定精度范围内为止，此时完成了一片电阻应变片的调阻工作；如果在应变片安装平台上安装有多片待调电阻应变片，可以在完成第一片电阻应变片的调阻工作后，通过控制计算机调整x轴方向控制电机、y轴方向控制电机和z轴方向控制电机，使探针对准第二片待调电阻应变片，重复前面所述的第一片电阻应变片的调阻工作，完成第二片电阻应变片的调阻工作，依次进行，完成所有待调电阻应变片的调阻工作。
1、3 测量原理
用大电流测量可以会影响电阻的调阻精度，因此采用小电流进行阻值测量。
如图4所示为测量电路原理简图。图中V是一节1.5伏干电池，RX是被测电阻，R0，R1是300Ω限流电阻，其中R1是300Ω精密采样电阻。A/D用于测量电压值。1.5V干电池通过R0、被测电阻RX、R1形成闭合回路，A/D测得电压V0、V1、V2，通过电压确定回路电流I0，如（1）所示。
通过控制电路可选择被测电阻的测量精度[7]。选用24位A/D芯片AD7190，同时，选用ADR431基准源为AD变换提供电压基准，提高分辨力，使最终的测量误差尽量降低。
2、结束语
本文描述了自动调阻装置通过在电阻应变片上喷电解液然后对电阻应变片进行电解的方式来改变电阻应变片栅丝的厚度，代替了传统通过机械研磨的方式改变栅丝厚度的方法，采用电解原理后，栅丝厚度的降低可以比较均匀，同时，控制计算机通过对电解时间长短的控制可以保证栅丝厚度改变的精度，相对于传统的机械研磨方法能够提高电阻式应变片的调阻精度，并能提高电阻应变片的稳定性和可靠性。
参考文献
[1] 王远哲.电解加工阴极闭环设计方法的基础研究[D].青岛科技大学，2016.
[2] 潘月.静电压微细电解加工技术研究[D].燕山大学，2016.
[3] 吴键.分布式低负载系数1Ω精密电阻研究[D].中国计量学院，2014.
[4] 谭志中.内嵌交叉电阻的N阶多功能电阻网络的等效电阻研究[J].南通大学学报（自然科学版），2016，15（01）：49-57.
[5] 王梦斐，应柏青，王曙鸿.基于Matlab的电阻网络有限可测点故障诊断[J].电气电子教学学报，2013，35（03）：72-74.
[6] 郭耀泉.接地电阻阻值远程测量系统[J].浙江科技学院学报，2017，29（03）：201-205.
[7] 陈璞阳.8/20μs电流冲击作用下ZnO压敏电阻特性变化的分析[D].南京信息工程大学，2015.
[关键词]电阻应变片 电解调阻 高精度
中图分类号：V785 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0343-02
Research and Design of Automatic Resistance Tension Resistance Device
LI YanBin Ma Zhongjing Wang Jiaojiao
（Mechanical Engineering School of Shandong University of Science and Technology Shandong Zibo 255000）
[Abstract]Aiming at the problems of low efficiency， low precision and difficult operation， a kind of automatic resistance adjusting device for resistance strain gauge is designed. The strain gauge is installed on a three-axis platform， the electrolyte spraying module， the electrolyte solution blowing module and the probe module are mounted on a vertical motor shaft of a three-axis platform. Each module of the resistance adjusting device can be controlled by a control computer to duplicate the strain gauge Resistance measurement， spray electrolyte， electricity electrolysis， power and blowing away the electrolyte， resistance measurement again five processes until the resistance of the strain gauge adjusted to meet the accuracy requirements， thus completing a resistance strain gauge resistance adjustment work . The design completely abandon the mechanical resistance of the mechanical strain gauge resistance of the working principle， the use of electrolysis to achieve resistance strain gauge resistance adjustment， greatly improving the production efficiency and product accuracy and stability， and the device work Stable， easy to maintain and upgrade.
[Key words]resistance strain gauge； electrolytic resistance adjustment； high precision
0 引言
电阻应变片的应用范围十分广泛，常用于航空、航天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等。电阻应变片是由敏感栅等构成，它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化，因此常用于测量机械构件的应变。电阻应变片的精度直接影响到对被测对象应变的测量精度[1]。因此，经初步加工完成的电阻应变片必须经过调阻过程，将电阻应变片的初始阻值调整在一定的阻值范围内才算合格。
目前，电阻应变片的调阻工作主要由人工操作完成，操作者通过微型直流电机控制涂有研磨膏的脱脂棉对电阻应变片进行研磨，从而降低电阻应变片敏感栅栅丝的厚度，达到阻值调整的目的。此方法工作强度大、效率低，同时由于对栅丝研磨不均匀的原因降低了电阻应变片的稳定性和可靠性，此外，电阻应变片的调阻精度和调阻合格率受人为因素影响大。
针对人工调阻方法的缺点，提出一种电阻应变片自动调阻机，用于提高电阻应变片的调阻效率和精度，采用的原理是通过自动控制系统控制打磨头对电阻应变片进行研磨来实现，其本质仍是通过机械研磨降低栅丝厚度达到阻值调整的目的[2]。因为电阻应变片栅丝厚度本身很薄，一般低于10微米，因此该调阻机很难控制打磨头对栅丝的打磨厚度，从而很难实现对电阻应变片高精度和高效率的调阻，同时，由于很难实现打磨头对电阻应变片栅丝的均匀打磨，故会造成电阻应变片栅丝厚度不均的问题，进而影响电阻应变片的稳定性和可靠性。因此，开发一款采用新工作原理实现电阻应变片自动调阻的装置显得尤为迫切。 1 工作原理
1、1 总体装置示意图
装置总体结构如图1所示，包括三轴平台、控制计算机和控制电路模块、喷电解液模块、吹电解液模块和探针模块。
三轴平台主要由三轴平台底座、x轴向驱动电机、y轴向驱动电机和z軸向驱动电机组成，控制计算机通过控制电路模块可灵活控制x轴向驱动电机、y 轴向驱动电机和 z轴向驱动电机，从而可调整待调电阻应变片与探针模块之间的空间相对位置[3]。
控制计算机主要实现调阻装置参数的设置和调阻流程的控制[4]。
控制电路模块由单片机及其外围电路、串口通讯电路、电机驱动电路、喷液控制开关、吹液控制开关、探针工作模式切换开关、报警电路组成；单片机通过串口通讯电路接收控制计算机指令，通过电机控制电路实现对 x 轴向驱动电机、y 轴向驱动电机和 z 轴向驱动电机的控制，通过喷液控制开关和吹液控制开关分别实现对喷液过程和吹液过程的控制，通过探针工作模式换开关实现探针对电阻应变片阻值测量和通电电解两种工作模式的切换，通过报警电路在系统工作异常时发出警报[5]。
喷电解液模块在控制计算机的控制下，将电解液喷到待调电阻应变片上，以用于探针通电后对待调电阻应变片进行电解处理。
吹电解液模块在控制计算机的控制下，将待调电阻应变片上的电解液吹走，以减小电阻应变片阻值测量过程中电解液对阻值测量精度的影响。
探针模块可以在探针工作模式切换开关的控制下工作在两种工作模式，一种工作模式是通过切换开关将探针切换到电阻应变片阻值测量模式，用于测量电阻应变片的阻值[6]。另一种工作模式是通过切换开关将探针切换到通电电解工作模式，用于提供电阻应变片电解过程所需电源。
1、2 工作过程
电阻应变片自动调阻装置的工作过程依次如下，如图2所示，将待调电阻应变片安装在三轴平台的应变片安装平台上，控制计算机通过控制x轴方向控制电机、y轴方向控制电机和z轴方向控制电机，使探针对准并接触到待调电阻应变片的两个焊盘上。如图3所示，开始测量与调阻阶段的工作。第一步，控制计算机通过控制电路模块，将探针切换到电阻测量工作模式，测量出待调电阻应变片的阻值；第二步，控制计算机通过控制电解液喷头将电解液喷到电阻应变片上；第三步，控制计算机通过控制电路模块将探针切换到通电电解工作模式；第四步，待电解结束后，控制计算机通过控制吹液喷头将待调电阻应变片上的电解液吹开；第五步，控制计算机通过控制电路模块将探针切换到电阻测量工作模式，测量出待调电阻应变片的阻值，如果所测阻值在设定的精度范围之内则停止调阻，反之将重复上述第一步到第五步的过程，直至将待调电阻应变片的阻值调整到设定精度范围内为止，此时完成了一片电阻应变片的调阻工作；如果在应变片安装平台上安装有多片待调电阻应变片，可以在完成第一片电阻应变片的调阻工作后，通过控制计算机调整x轴方向控制电机、y轴方向控制电机和z轴方向控制电机，使探针对准第二片待调电阻应变片，重复前面所述的第一片电阻应变片的调阻工作，完成第二片电阻应变片的调阻工作，依次进行，完成所有待调电阻应变片的调阻工作。
1、3 测量原理
用大电流测量可以会影响电阻的调阻精度，因此采用小电流进行阻值测量。
如图4所示为测量电路原理简图。图中V是一节1.5伏干电池，RX是被测电阻，R0，R1是300Ω限流电阻，其中R1是300Ω精密采样电阻。A/D用于测量电压值。1.5V干电池通过R0、被测电阻RX、R1形成闭合回路，A/D测得电压V0、V1、V2，通过电压确定回路电流I0，如（1）所示。
通过控制电路可选择被测电阻的测量精度[7]。选用24位A/D芯片AD7190，同时，选用ADR431基准源为AD变换提供电压基准，提高分辨力，使最终的测量误差尽量降低。
2、结束语
本文描述了自动调阻装置通过在电阻应变片上喷电解液然后对电阻应变片进行电解的方式来改变电阻应变片栅丝的厚度，代替了传统通过机械研磨的方式改变栅丝厚度的方法，采用电解原理后，栅丝厚度的降低可以比较均匀，同时，控制计算机通过对电解时间长短的控制可以保证栅丝厚度改变的精度，相对于传统的机械研磨方法能够提高电阻式应变片的调阻精度，并能提高电阻应变片的稳定性和可靠性。
参考文献
[1] 王远哲.电解加工阴极闭环设计方法的基础研究[D].青岛科技大学，2016.
[2] 潘月.静电压微细电解加工技术研究[D].燕山大学，2016.
[3] 吴键.分布式低负载系数1Ω精密电阻研究[D].中国计量学院，2014.
[4] 谭志中.内嵌交叉电阻的N阶多功能电阻网络的等效电阻研究[J].南通大学学报（自然科学版），2016，15（01）：49-57.
[5] 王梦斐，应柏青，王曙鸿.基于Matlab的电阻网络有限可测点故障诊断[J].电气电子教学学报，2013，35（03）：72-74.
[6] 郭耀泉.接地电阻阻值远程测量系统[J].浙江科技学院学报，2017，29（03）：201-205.
[7] 陈璞阳.8/20μs电流冲击作用下ZnO压敏电阻特性变化的分析[D].南京信息工程大学，2015.