在工程力学测试与结构健康监测领域,应变片是将结构表面微观变形转换为可量化电信号的基石。日本 KYOWA(共和电业) 作为全球应变测量技术的领导者,其产品以高精度、高稳定性和丰富的选型规格著称。KFGS-5-350-D17 是 KYOWA KFGS 系列中一款敏感栅长度较长的通用箔式应变计,专为测量非均匀材质(如混凝土、木材、复合材料)的平均应变或在较大面积上捕捉宏观变形而设计。
产品定位与核心特征
KFGS-5-350-D17 是一款单轴、长栅长、通用型应变片。其命名规则清晰定义了产品属性:
KFGS:代表 KYOWA 的通用箔式应变计系列,采用聚酰亚胺基底和铜镍(Cu-Ni)合金箔材。
5:代表应变片的敏感栅长度为 5 毫米。
350:代表应变片的电阻值为 350Ω。
D17:表示单轴测量(D),基底整体长度约为 17mm(17)。
核心特征与技术优势:
长敏感栅,平均应变测量:5mm 的栅长相比 1mm 或 2mm 的应变片更长,其测量的应变实际上是覆盖长度内应变的平均值。这非常适用于:
非均质材料:如混凝土、木材、复合材料,其中骨料、木纤维或增强纤维分布不均匀,短栅长应变片读数波动大,长栅长可获得稳定的宏观应变。
应变梯度平缓区域:在构件变形平缓的区域,长栅长可降低局部缺陷(微小气孔、划痕)对应变读数的影响。
350Ω 高电阻设计:与同系列其他型号相同,350Ω 电阻在相同桥压下功耗更低、自热效应更小,且更适合长导线传输(>10 米),有效降低导线电阻对桥路平衡的影响。
聚酰亚胺基底,良好的贴合性与绝缘性:即使栅长达到 5mm,基底依然保持柔韧,可贴合在曲率半径较大的曲面(如 R30mm 以上)上,同时提供优异的电气绝缘性能。
良好的通用性与兼容性:适用于金属、混凝土、木材、塑料、复合材料等多种基材。配合合适的粘合剂(如 CC-33A 快干胶或 EP-34B 环氧胶),可在 -30°C 至 +80°C 的温度范围内稳定工作。
D17 基底尺寸:基底整体长度约 17mm,宽度适中,既保证了足够的粘贴面积,又不会过大导致难以安装在狭窄区域。
主要技术指标(典型值)
*注:以下为基于 KYOWA KFGS 系列通用规格及 KFGS-5-350-D17 的合理参数,具体以官方数据表为准。*
| 参数项 | 典型指标 |
|---|---|
| 型号 | KFGS-5-350-D17 |
| 类型 | 箔式应变片(单轴,长栅长) |
| 敏感栅长度 | 5 mm |
| 敏感栅宽度 | 约 2.0 - 2.5 mm |
| 基底尺寸 | 约 7.0 mm(宽)× 17 mm(长) |
| 电阻值 | 350 Ω ± 0.4% |
| 应变极限 | 约 3% - 5% (30000 - 50000 με) |
| 疲劳寿命 | ≥ 1×10⁶ 次 (在 ±1500 με 循环下) |
| 使用温度范围 | -30 ~ +80°C (配合 CC-33A 胶水) |
| 温度补偿范围 | 0 ~ +50°C (针对钢材等常见材料) |
| 基底材料 | 聚酰亚胺 |
| 栅格材料 | 铜镍(Cu-Ni)合金箔 |
| 粘合剂 | 推荐 CC-33A(快干型)、EP-34B(环氧型,耐高温) |
| 保护涂层 | 推荐 KP-500 系列 |
主要用途
KFGS-5-350-D17 凭借其 5mm 的长栅长 和 350Ω 电阻的优势,主要应用于以下场景:
1. 混凝土与岩石结构监测
土木工程结构:桥梁、大坝、隧道衬砌、高层建筑基础等混凝土结构的应变监测。由于混凝土内部含有粗骨料(直径可达 20-30mm),5mm 栅长可覆盖多个骨料和砂浆区域,测得的应变代表宏观平均应变,避免了短栅长应变片因恰好贴在骨料或孔隙上而导致的读数离散。
裂缝监测:在已知裂缝两侧粘贴应变片,监测裂缝开合变化。长栅长应变片可跨越一定宽度的微裂缝,测量相对位移。
预应力测量:在预应力混凝土结构中,用于监测钢绞线张拉后混凝土的压缩应变。
2. 木材与生物质材料测试
木材弹性模量测定:木材是正交各向异性材料,早晚材密度差异大。使用 5mm 长栅长应变片可跨越多个年轮,获得代表性的应变数据。
木结构建筑监测:古建筑木梁、木柱的长期健康监测,评估蠕变和湿度引起的变形。
3. 复合材料与纤维增强塑料
纤维增强复合材料:对于编织布铺层的复合材料,单束纤维束宽度通常在 3-5mm。KFGS-5-350-D17 可覆盖多束纤维,获取宏观层合板应变,避免短栅长应变片可能落在树脂富集区或纤维束边缘导致的读数偏差。
4. 大型钢结构与均匀应变场测量
压力容器与管道:在大型储罐、锅炉、管道表面进行应变测试时,若应变场分布较均匀(如远离焊缝、开孔的筒体区域),使用 5mm 长栅长应变片可降低局部划痕、微小凹坑等表面缺陷对应变读数的影响。
桥梁钢箱梁:在桥梁整体载荷试验中,各测点应变变化较为平缓,长栅长应变片能提供稳定、重复性好的数据。
5. 残余应力释放法测量(钻孔法)
在采用钻孔法测量残余应力时,若材料晶粒较粗(如铸钢件)或组织不均匀,使用短栅长应变片可能因仅覆盖几个晶粒而导致读数波动。长栅长应变片覆盖更多晶粒,可获得更具统计意义的平均应变释放量。
安装与使用注意事项
混凝土表面处理:粘贴前需打磨混凝土表面去除浮浆,用酒精或丙酮清洗干净,必要时用环氧树脂腻子找平微小凹坑,确保应变片基底与混凝土表面良好贴合。
木材表面处理:木材需打磨平整,注意木材含水率应平衡,避免粘贴后因干缩湿胀产生额外应变。
防潮保护:在混凝土、木材等多孔材料上粘贴时,防潮处理尤为重要。粘贴后必须涂覆高质量的防潮涂层(如 KP-500),并定期检查涂层完整性。
温度补偿:由于混凝土、木材的热膨胀系数与钢材差异较大,如果使用针对钢材温度自补偿的 KFGS 系列,必须在同种材料的不受力部位粘贴补偿片,或采用半桥/全桥接法消除温度影响。
与 KFGS 系列其他型号的对比
| 特性 | KFGS-1-350-D16 | KFGS-2-350-D16 | KFGS-5-350-D17 |
|---|---|---|---|
| 敏感栅长度 | 1 mm | 2 mm | 5 mm |
| 空间分辨率 | 极高 | 高 | 中等(平均效果) |
| 适用场景 | 应力集中、微型零件 | 常规金属应变测量 | 非均质材料、宏观应变 |
| 典型被测物 | 微小零件、裂纹尖端 | 钢材、铝合金 | 混凝土、木材、复合材料 |
| 对表面质量要求 | 极高 | 高 | 中等(容忍度更高) |
总结
池田屋原装精品 KYOWA 共和 KFGS-5-350-D17 是一款 “面向非均质材料和宏观应变测量”的长栅长通用应变片。它不追求微观尺度的分辨率,而是通过在 5mm 长度上取平均的方式,稳定地表征混凝土、木材、粗晶材料及复合材料的宏观力学行为。
对于土木工程师,它是监测大坝、桥梁混凝土应力的可靠工具;对于木材科研人员,它是测量木材弹性常数的得力助手;对于复合材料测试工程师,它能够提供稳定可重复的层合板应变数据。选择 KFGS-5-350-D17,意味着在面对非均质、组织粗糙的材料时,依然能够获得平稳、真实、有代表性的应变测量结果。
温馨提示:KFGS-5-350-D17 基底较长,在粘贴于曲面时需确保曲率半径足够大(建议 R>30mm),以免基底翘曲。如需详细的中文粘贴工艺指南或购买渠道信息,可告知。