Selectiemethode voor weerstandsmetingstroosters

Weerstandsrekstrookjes (ook wel rekstrookjes genoemd) zijn kerngevoelige componenten die mechanische rek van constructiedelen omzetten in weerstandsveranderingen, en worden veel gebruikt in loadcells, krachtsensoren, monitoring van structurele gezondheid, aerospace-testen en andere toepassingen. De keuze ervan bepaalt rechtstreeks de nauwkeurigheid, stabiliteit en levensduur van het meetsysteem. De kernlogica is "tweerichtingskoppeling van rekeigenschappen en bedrijfsomgeving"—om zowel kostenverspilling door parameterovermaat als meetfouten door onvoldoende prestaties te voorkomen. Hieronder volgt een selectiemethode voor het gehele proces, gecombineerd met technische parameters, omgevingsaanpassing en praktische belangrijke punten ter ondersteuning van een nauwkeurige selectie.

Stap 1: Kernmeetvereisten en toepassingsscenario's duidelijk maken (voorwaarde voor selectie)

Voorafgaand aan de selectie is het noodzakelijk om vast te stellen "welke rek gemeten moet worden, onder welke omgeving gemeten moet worden en hoe geïnstalleerd moet worden", wat de basis vormt voor de latere selectie van parameters en het voorkomt dat er blindelings wordt gestreefd naar hoge prestatieparameters.

1. Definitie van kernmeetvereisten

• Rektype en bereik: Verduidelijk de aard van de rek van het gemeten onderdeel (statische rek zoals vervorming door constructiegewicht, dynamische rek zoals mechanische trillingsrek) en de maximale rekwaarde, en houd een veiligheidsmarge van 1,2~1,5 keer aan. Voorbeeld: als de werkelijke maximale rek 1000με is, dient een rekstrook met een bereik van 1200~1500με te worden gekozen; voor dynamische rek (zoals bij schokbelasting) wordt aanbevolen een veiligheidsfactor van 1,5~2 keer aan te houden om schade aan het gevoelige rooster door momentane overbelasting te voorkomen.
• Nauwkeurigheidseis: Is het kwalitatieve monitoring (zoals vroegtijdige waarschuwing voor scheuren in constructies), kwantitatieve analyse (zoals sensorcalibratie) of precisie-meting (zoals laboratorium spanningsmeting)? Voorbeeld: rekstrookjes voor belastingscellen moeten een gevoeligheidsfout van ±0,1% halen, structurele gezondheidsmonitoring kan een fout hebben van ≤±0,5%, en precisie-meting in het laboratorium vereist ≤±0,05%.
• Krachtrichting: Ondergaat het onderdeel een kracht in één richting (zoals buiging van een uitkragende balk), twee richtingen (zoals mechanische onderdelen in een vlakspanningstoestand) of meerdere richtingen (zoals complexe structurele knooppunten)? Kies eentallige rekstrookjes voor krachten in één richting, en tweedimensionale (rechthoekige, rekrosette) of meerassige rekstrookjes voor krachten in twee of meer richtingen.
• Meetfrequentie: Bij dynamische meting moet het frequentiebereik van het rek-signaal duidelijk zijn. De respondfrequentie van de rekstrook moet ≥3 keer de gemeten signaalfrequentie bedragen (om signaalvervorming te voorkomen). Voorbeeld: om trillingsrek van 50 Hz te meten, dient een rekstrook met een respondfrequentie van ≥150 Hz gekozen te worden.

2. Installatie- en constructievoorwaarden

• Oppervlaktekenmerken van het onderdeel: Is het oppervlak van het onderdeel vlak, gebogen (wat is de kromtestraal) of speciaal gevormd? Buigzame rekstroken (zoals folietype) zijn geschikt voor gebogen onderdelen, en voor kleine kromtestralen (≤10 mm) zijn rekstroken met korte roosterafstand vereist; types met sterke hechting aan de drager zijn geschikt voor ruwe oppervlakken.
• Installatieruimte: Voor smalle gebieden van componenten (zoals afschuiningen van precisieonderdelen) zijn miniaturiseringstrainmeters vereist (roosterlengte ≤2 mm). Voor grotere componenten kunnen strainmeters met middellange of lange roosterlengte worden gekozen, afhankelijk van de uniformiteit van spanning.
• Installatiemethode: Gaat het om installatie door verlijming bij kamertemperatuur, installatie door hoge-temperatuur lassen of tijdelijk plakken? Voor hoge-temperatuurscenario's zijn lasbare strainmeters nodig, terwijl magnetisch aangezogen strainmeters kunnen worden gebruikt voor tijdelijke monitoring.

3. Omgevingsomstandigheden tijdens gebruik

• Temperatuurbereik: Duid het bereik aan van de werkomgeving: normale temperatuur (-20℃~60℃), middelhoge temperatuur (60℃~200℃), hoge temperatuur (200℃~1000℃) of lage temperatuur (<-20℃). Het temperatuurcompensatiebereik van de strainmeter moet het daadwerkelijke temperatuurbereik volledig dekken om nauwkeurigheidsverlies door temperatuurdrijfverloop te voorkomen.
• Middellange milieu: Is er vochtigheid (zoals onderwater, vochtige werkplaatsen), corrosie (zoals zuur-basische gassen, olievervuiling in chemische werkplaatsen), stof of sterke straling? Voor vochtige omgevingen zijn waterdichte rekstrookjes vereist, voor corrosieve omgevingen zijn corrosiebestendige materialen vereist (zoals nikkel-chroomlegeringsroosters, polyimide-substraten), gecombineerd met een afdichtbehandeling.
• Stoorende factoren: Is er sterke elektromagnetische interferentie (zoals in de buurt van motoren, hoogspanningsapparatuur) of trillingsimpact? Voor scenario's met sterke interferentie zijn rekstrookjes met afschermlagen vereist, en voor scenario's met trillingsimpact zijn typen vereist met een goed taaiheid van substraten en lijmen.

Stap 2: Selectie van kern-technische parameters (precies afgestemd op eisen)

Nadat de eisen duidelijk zijn gemaakt, richt u zich op de kern-technische parameters van het rekstrookje, dit is de kernstap bij de selectie en bepaalt direct de meetprestaties.

1. Kernparameters van de gevoelige rooster (bepalen de basis meetprestaties)

• Weerstandswaarde: De gebruikelijke weerstandswaarde van rekstrookjes is 120Ω (compatibel met de meeste rekstrookjes, met de grootste veelzijdigheid), maar er zijn ook specificaties zoals 350Ω en 1000Ω. Rekstrookjes met hoge weerstand zijn geschikt voor systemen met laag stroomverbruik, en rekstrookjes van 120Ω bieden de hoogste kosteneffectiviteit in industriële toepassingen. Zorg tijdens de selectie dat de weerstandswaarde van het rekstrookje overeenkomt met de ingangsweerstand van het rekstrookje (afwijking ≤±5%) om signaalverzwakking te voorkomen.
• Meetfactor: Geeft de proportionele relatie aan tussen rek en weerstandsverandering (conventionele waarde 2,0±0,02), wat een belangrijke parameter is voor het berekenen van de rekwaaarde. Bij de selectie dient prioriteit te worden gegeven aan rekstrookjes met een goede meetfactorconsistentie (batchafwijking ≤±1%), met name wanneer meerdere strookjes in een brugcircuit worden gebruikt (zoals een volledig brugcircuit van een loadcell); slechte consistentie leidt tot grotere meetfouten.
• Roosterlengte en roosterbreedte: De roosterlengte bepaalt het "gemiddelde meetbereik" van het rekstrookje. Korte roosterlengte (0,2~2 mm) is geschikt voor het meten van lokale rek (zoals scheurtips), middellange roosterlengte (3~10 mm) is geschikt voor conventionele onderdelen, en grote roosterlengte (10~100 mm) is geschikt voor grote onderdelen met kleine rekgradiënten. De roosterbreedte moet afgestemd zijn op de krachtrichting van het onderdeel: smalle roosterbreedte voor eendimensionale kracht, en brede roosterbreedte of een rekrozetstructuur voor tweedimensionale kracht.
• Gevoelig roostermateriaal:
  • Koper-nikkellegering (Constantan): Voorkeur voor normale temperatuurscenario's (-20℃~150℃), met kleine temperatuurcoëfficiënt en goede stabiliteit, geschikt voor krachtmeters en structurele monitoring;
  • Nikkel-chroomlegering (Karma): Voor middel- en hoge temperatuurscenario's (-50℃~400℃), met hoge gevoeligheid, geschikt voor motoren en hoge-temperatuurpijpleidingenmonitoring;
  • Platina-iridiumlegering: Voor hoge-temperatuurscenario's (400℃~1000℃), met sterke corrosieweerstand, geschikt voor lucht- en ruimtevaart en metallurgische apparatuur;
  • Halfgeleidermaterialen: Zeer hoge gevoeligheid (50~100 keer die van metalen), maar slechte temperatuurstabiliteit, geschikt voor laboratoriumnauwkeurigheidsmetingen.

2. Parameters van substraat en lijm (bepalen de milieuaanpassingsvermogen)

• Substraatmateriaal:
  • Papiersubstraat: Lage kosten, gemakkelijk aan te brengen, geschikt voor normale temperatuur en droge omgevingen (≤60℃), zoals tijdelijke monitoring van civiele installaties;
  • Fenolhars ondergrond: Temperatuurbestendigheid van 120℃, goede oliebestendigheid, geschikt voor conventionele industriële machinescenario's;
  • Polyimide ondergrond: Temperatuurbestendigheid van 250℃, corrosie- en waterbestendig, geschikt voor chemische, vochtige en middelgrote tot hoge temperatuursscenario's;
  • Ceramische ondergrond: Temperatuurbestendigheid boven de 1000℃, geschikt voor extreme omgevingen zoals hoge-temperatuurovens en luchtvaartmotoren.
• Lijmtype: Moet overeenkomen met het ondergrondmateriaal en de werktemperatuur. Voor normale temperatuursscenario's worden cyanoacrylaat-lijmen (snel drogend) gekozen, voor middelgrote temperatuursscenario's epoxyhars-lijmen (temperatuurbestendigheid van 150℃), en voor hoge temperatuursscenario's anorganische lijmen (temperatuurbestendigheid boven 500℃). De afschuifsterkte van de lijm moet ≥2MPa zijn om lossing van de rekstrook te voorkomen.

3. Temperatuurcompensatieparameters (bepalen van meetstabiliteit)

• Temperatuurcompensatiemethode:
  • Zelfcompenserende rekstrookjes: Door het kiezen van gevoelige roostermaterialen wordt de weerstandsverandering door temperatuur gecompenseerd door de thermische uitzetting van het onderdeel, geschikt voor enkelmateriaalonderdelen (zoals staal, aluminium), eenvoudig te installeren en de voorkeur in industriële toepassingen;
  • Compensatiestrookje-compensatie: Aanvullende rekstrookjes van hetzelfde model als de werkzame strookjes worden aangebracht op onbelaste identieke onderdelen, en temperatuurfouten worden gecompenseerd via schakelingen, geschikt voor complexe temperatuurvelden of meervoudige materialen.
• Temperatuurcompensatiebereik: Moet het daadwerkelijke bedrijfstemperatuurbereik omvatten. Voorbeeld: In een werkplaatsomgeving van -10℃~80℃ dient een rekstrookje met een compensatiebereik van -20℃~100℃ te worden gekozen om temperatuurreservering te garanderen.

4. Structuur en aansluitparameters (bepalen installatie en signaaloverdracht)

• Rekstrookstructuur:
  • Uniaxiale rekstrookjes: Voor eendimensionale krachtsituaties (zoals kantelbalken, trekstangen), eenvoudige structuur en lage kosten;
  • Biaxiale rekstrookjes (haakse rekstrookjes): Voor tweedimensionale krachtsituaties (zoals vlakspanningscomponenten), kunnen rek meten in twee loodrechte richtingen tegelijkertijd;
  • Rekrozetten (45°, 60°): Voor multidirectionele krachtsituaties (zoals structurele knooppunten, complexe onderdelen), kunnen hoofdrek en hoofdspanningsrichting berekenen, geschikt voor spanningsanalyse.
• Aansluitdraad specificaties: Aansluitdraden zijn meestal koperdraden met verzilverde bekleding. Voor normale temperatuursituaties worden pvc-geïsoleerde draden gekozen, en voor hoge temperatuursituaties ptf-geïsoleerde draden. De lengte van de aansluitdraad moet afgestemd zijn op de meetafstand. Voor lange afstandsoverdracht (>10 m) zijn draden met afschermingslagen vereist om elektromagnetische interferentie te voorkomen.

Stap 3: Aanpassing aan toepassingssituatie en voorkoming van selectiefouten

Selecteer rekstrookjes op basis van de kenmerken van verschillende toepassingsscenario's en vermijd veelvoorkomende selectiefouten om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het meetsysteem te waarborgen.

1. Typische voorbeelden van scenario-keuze

2. Veelgemaakte keuzefouten en voorkomingsmethoden

• Fout 1: Enkel letten op de gevoedelijkheidsfactor en consistentie negeren — wanneer meerdere meetstrips in een brugschakeling worden gebruikt, kan zelfs als de gevoedelijkheidsfactor van één strip aan de norm voldoet, een grote batchafwijking (>±1%) leiden tot brugonbalans en daardoor snel toenemende meetfouten. Voorkoming: Vereist leveranciers om testrapporten van de gevoedelijkheidsfactor voor meetstrips uit dezelfde productiebatch te verstrekken, en houdt de afwijking binnen ±0,5%.
• Fout 2: Mismatch tussen roosterlengte en rekgradiënt—het gebruik van rekstrookjes met een grote roosterlengte in gebieden met lokale rekconcentratie, zoals scheurtippen, leidt tot "gemiddelde" gemeten waarden en weerspiegelt niet de werkelijke rek. Voorkomen: Kies een roosterlengte ≤2 mm voor gebieden met grote rekgradiënten en 5~10 mm voor gebieden met uniforme rek.
• Fout 3: Het negeren van de afstemming tussen temperatuurcompensatie en componentmateriaal—het gebruik van voor staal gecompenseerde rekstrookjes op aluminiumcomponenten veroorzaakt ernstige temperatuurfouten door verschillen in uitzettingscoëfficiënt. Voorkomen: Kies zelfcompenserende rekstrookjes van het overeenkomstige compensatietype volgens het componentmateriaal (staal, aluminium, koper, enz.).
• Fout 4: "Het doen met" parameters voor aanpassing aan de omgeving—het kiezen van gewone rekstrookjes met papieren substraat in vochtige omstandigheden zonder afdichting leidt er binnen korte tijd toe dat het substraat uitvalt door vocht. Voorkomen: Kies geschikte substraatmaterialen op basis van omgevingsklasse (vochtig/corrosief/hoogtemperatuur) en voeg indien nodig een waterdichte afdichtlaag toe.

Stap 4: Aanvullende opmerkingen bij praktische keuze

• Brugcompatibiliteit: Wanneer meerdere strookjes een volledige brug/halfbrugschakeling vormen, dient u ervoor te zorgen dat de weerstandswaarde, rekstroofactor en temperatuureigenschappen van de rekstrookjes overeenkomen. Het wordt aanbevolen om strookjes uit dezelfde productiebatch te kiezen om brugfouten te verkleinen.
• Calibratie-eisen: Voor rekstrookjes die worden gebruikt bij handelsafrekening (zoals drukcellen) of precisiemeting, kiest u merken met traceerbaarheid, zodat de producten zijn goedgekeurd volgens metrologische normen, wat de latere systeemcalibratie vergemakkelijkt.
• Aanpassing van het installatieproces: Voor gebogen componenten dient vooraf de buigprestatie van de rekstrook te worden bevestigd (buigbare kromtestraal ≤ kromtestraal van het component). Voor lasbare rekstroken dient de overeenkomstige lasklaring en -methode te worden geselecteerd.
• Leveranciersondersteuning: Geef voorrang aan leveranciers die technische ondersteuning bieden. Informeer hen over het materiaal van het component, de krachtsomstandigheden en de omgevingsparameters om nauwkeurigere selectie-aanbevelingen te ontvangen en blind gokken bij zelfstandige selectie te voorkomen.

Samenvatting: Kernlogica van de selectie van weerstandsrekstrook

De essentie van de keuze voor weerstandstrainmeters is een gesloten kringloop van "vereistenontleding → parameteraanpassing → scenariobevestiging": eerst de vier kernvereisten van "rektraject, nauwkeurigheid, omgeving en installatie" ontleden, vervolgens gericht belangrijke parameters zoals gevoelig rooster, substraat en temperatuurcompensatie aanpassen, en tot slot de juistheid van de keuze bevestigen via praktijkvoorbeelden en foutpreventie.

Als u nog steeds onzeker bent over de keuze, kunt u de volgende informatie aan de leverancier verstrekken: ① Materiaal van het onderdeel en soort belasting (uniaxiaal/bidiaxiaal); ② Maximale rekwaarde en eis inzake nauwkeurigheid; ③ Werktemperatuur en omgevingsmedium; ④ Installatieruimte en -methode. De leverancier kan hiermee snel het geschikte model bepalen.