在工程力学测试、结构健康监测及材料性能研究领域,应变片是捕捉物体表面微小变形、进而计算应力和载荷的核心传感元件。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-2-350-D17 是 KYOWA KFGS 系列中一款平衡了空间分辨率与易操作性的通用箔式应变计,适用于从常规金属材料到复合材料的广泛应变测量场景。
产品定位与核心特征
KFGS-2-350-D17 是一款单轴、通用型、中等栅长应变片。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。
2:代表应变片的敏感栅长度为 2 毫米。这是 KFGS 系列中最常用、最经典的栅长规格。
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:
2mm 敏感栅——黄金平衡点:2mm 栅长是应变测量中久经验证的“黄金标准”。它既不像 1mm 栅长那样对粘贴技能要求极高且易受局部缺陷(微小划痕、晶粒边界)影响,也不像 5mm 栅长那样会“平均”掉感兴趣的局部应变。它在空间分辨率和测量稳定性之间取得了最佳平衡,适用于绝大多数金属材料和均匀应变场的测量。
350Ω 高电阻设计:相比常见的 120Ω 应变片,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,在动态应变测量中噪声更低。
D17 基底尺寸:基底整体尺寸约为 7mm(宽)× 17mm(长)。这个尺寸在保证足够粘贴面积(粘接强度)的同时,又不会过大以至于无法安装在狭窄区域。对于大多数金属试件(如标准拉伸试样宽度 10-20mm),D17 基底可以轻松容纳。
聚酰亚胺基底,良好的贴合性与绝缘性:聚酰亚胺基底具有良好的柔韧性,可贴合在曲率半径较小的曲面(如 R10mm)上,同时提供优异的电气绝缘性能和耐温性(-30°C 至 +80°C 常规范围,配合特殊胶水可扩展)。
通用性极强:适用于钢、铝、铜、铸铁等金属材料,也适用于木材、塑料、复合材料。配合合适的粘合剂(如 CC-33A 快干胶或 EP-34B 环氧胶),几乎可以应对所有常见工程材料的应变测量需求。
主要技术指标(典型值)
注:以下为基于 KYOWA KFGS 系列通用规格,具体参数以官方数据表为准。
| 参数项 | 典型指标 |
|---|---|
| 型号 | KFGS-2-350-D17 |
| 类型 | 箔式应变片(单轴,通用) |
| 敏感栅长度 | 2 mm |
| 敏感栅宽度 | 约 1.5 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 5% (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-2-350-D17 凭借其 2mm 栅长、350Ω 电阻和适中的基底尺寸,成为 实验室和工业现场最常用的应变片之一。
1. 金属材料力学性能测试
拉伸试验:在标准拉伸试样(如板状试样、圆棒试样)上粘贴 KFGS-2-350-D17,精确测量弹性模量、屈服强度对应的应变、断后伸长率等。2mm 栅长足够覆盖标距内的均匀变形区域,且不会因栅长过长而“平均”掉颈缩后的局部大应变。
弯曲试验:在梁的上下表面粘贴应变片,测量弯曲正应变分布,验证弯曲理论公式。2mm 栅长可精确捕捉线性分布。
扭转试验:在圆轴表面沿 ±45° 方向粘贴应变片(或使用双轴应变片),测量剪切应变。
2. 零部件应力分析
机械结构:测量齿轮齿根、轴肩、连杆、支架、压力容器等部位的应变,计算工作应力,验证设计强度或分析失效原因。
焊接结构:在焊缝热影响区附近粘贴应变片,测量焊接残余应力或工作载荷下的应变集中。
3. 动态应变与疲劳测试
振动与冲击:对于频率较高的动态应变(如发动机连杆、高速旋转部件),350Ω 应变片配合高采样率动态应变仪,可获得低噪声、高分辨率的信号。
疲劳寿命评估:在循环载荷下连续监测应变,通过雨流计数法等统计方法评估部件的疲劳寿命。
4. 残余应力测量(钻孔法)
在待测表面粘贴 KFGS-2-350-D17(通常使用三轴应变花),在其中心钻孔,测量释放的应变,计算残余应力。2mm 栅长是钻孔法中最常用的规格,可在保证灵敏度的同时避免孔径过大。
5. 教学与科研
材料力学实验:在等强度梁、悬臂梁上粘贴应变片,演示胡克定律、弯曲正应力分布、应变电桥原理等。
传感器制作:作为敏感元件,制作小量程的压力传感器、力传感器或位移传感器。
与 KFGS 系列其他型号的对比
| 特性 | KFGS-1-350-D16 | KFGS-2-350-D17 | 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) |
| 对局部缺陷敏感度 | 极高 | 中等 | 低 |
| 粘贴难度 | 高 | 适中 | 低 |
| 适用场景 | 应力集中、微型零件 | 常规金属、均匀应变场 | 混凝土、木材、复合材料 |
| 典型被测物 | 微小零件、裂纹尖端 | 钢材、铝合金、常规试样 | 混凝土、木材、粗晶材料 |
安装与使用要点
表面处理:粘贴前需彻底清洁被测物表面(除油、除锈),打磨至一定粗糙度(如用 300-600 目砂纸打磨出交叉纹路),并用专用清洗剂(如异丙醇)擦拭干净。
粘贴:使用推荐粘合剂(如快干的 CC-33A 或 耐温的 EP-34B),均匀涂抹薄层,将应变片对齐定位后压实,挤出多余胶水和气泡。
固化:按照粘合剂说明书要求的时间、温度固化。环氧胶通常需要加温固化(如 40°C 数小时),快干胶室温下数分钟即可。
导线连接:使用细软的多股导线(如 0.1mm²),焊接在应变片的铜端子上。焊接温度不宜过高(< 300°C),时间不宜过长。
防潮保护:焊接后需在应变片及端子表面涂覆保护层(如 KP-500 防潮胶),防止湿度变化引起绝缘电阻下降。
长导线修正:当导线很长(>10米)时,采用 三线制接法 或使用更高电阻(350Ω)的应变片(本型号已具备)可有效减小误差。
总结
池田屋原装精品 KYOWA 共和 KFGS-2-350-D17 是一款 “万金油”级别的通用箔式应变片。它以 2mm 的敏感栅长度,在空间分辨率和测量稳定性之间取得了最佳平衡;以 350Ω 的高电阻,提供了优于传统 120Ω 应变片的抗干扰能力和长导线适应性;以适中的基底尺寸,兼容了从小型零件到大型结构的各种粘贴表面。
对于从事材料力学测试、结构强度分析或疲劳耐久性试验的工程师而言,KFGS-2-350-D17 是工具盒中“出镜率”最高的型号。无论是标准试样上的材料参数标定,还是实际构件上的应力分布测量,它都能提供精确、可靠、可重复的应变数据。选择 KFGS-2-350-D17,意味着选择了一种经过无数工程实践验证的、成熟而强大的应变测量方案。