由表4可以看出，当电阻格栅被裁去边长为2 mm和4 mm的等腰直角三角形边角时，其数据与原件所测数据几乎无变化，则电阻格栅此边角区域电流密度接近于0；但当被裁去电阻材料进一步扩大，边角尺寸达到6 mm时，前6个所测的电阻值的数据比原件要高0.1～0.2 Ω，说明电阻格栅此边角区域有电流通过。
由此可知，格栅两侧电阻的电流密度并不均匀，而且越靠近外部区域，电流密度越小，均匀电流区域的界限处于4～6 mm边角之间。
设计的实时测量刹车片厚度装置主要用于乘用车、商用车领域。目前，国内主流的同类装置为通断式[1]，其主要通过驾驶人的下车观察及驾驶经验来判断刹车片厚度。通断式装置无法实时测量显示刹车片厚度，需要定期检查维护，而运用最新的超声波探测原理，其装置繁琐且成本高。相比于通断式和超声波装置，本文介绍的采用传感器测量刹车片厚度的前期成本为40～60元，成本适中，而且能够实时显示刹车片厚度，并且在其达到极限厚度值时可及时报警[2]。
【作者单位】武汉理工大学土建学院,湖北武汉430070;武汉理工大学土建学院,湖北武汉430070;武汉理工大学土建学院,湖北武汉430070;武汉理工大学土建学院,湖北武汉430070
[6] 赵晓玲.大电流材料及结构对滑动电接触性能的影响[D].秦皇岛：燕山大学，2013.
[7] 陆俭图，李奎，杜太行，等.塑壳断路器可靠性理论与验证试验方法[J].电工技术学报，2012，27(5)：180-185.
电阻计算简图如图5所示，电阻格栅中间的电阻丝电阻值以R1、R2、R3、R4…R17、R18表示，电阻值较大；而电阻格栅两边的电阻材料宽度大、长度小，电阻值相对较小。电阻格栅的每一并联支路均由中间大电阻与两边小电阻串联而成，综合组成电阻格栅并联电路。
经理论计算，电阻格栅每磨断一级，剩余电阻总电阻值及磨断前后电阻值变化量(级差)见表1。
用电阻格栅成品进行试验，试验数据见表2。控制试验条件，取得100组试验数据样本，包括电阻格栅磨断级数所对应的总电阻值和磨断前后电阻值的变化量(级差)。经过计算得到平均电阻值和级差均值，再通过计算平均电阻值和级差均值的方差来开云网址 kaiyun官方网观察数值的波动情况。
式中：R1、R2、R3、R4…RN-1、RN为传感器并联电路中的各个电阻。
在工作过程中电阻格栅与摩擦材料共同磨损导致电阻减少，Biblioteka Baidu电路中的电信号改变，从而反馈出摩擦片的实时磨损情况。
经分析得知，理论计算并没有计入电阻格栅下方延长端子的阻值，而延长端子是为了封装后便于测取数据而设计的，其阻值实测为1.0Ω。电阻格栅局部示意图如图9所示。
图9 电阻格栅局部示意图1.两侧电阻；2.绝缘背板；3.延长端子；4.中间电阻丝
电阻格栅的设计要求包括以下几点：①电阻格栅总阻值≤50 Ω；②测量精度达到1 mm；③符合封装要求，形状规开云网址 kaiyun官方网整，便于生产。为满足上述要求，设计出“阶梯式”电阻格栅方案，即并联的中间电阻长度整体上呈“阶梯式”增长。“阶梯式”电阻格栅示意图如图4所示。
电阻格栅采用镍铬电阻材料(图4黑色部分)，格栅中间并联有18根宽度及厚度相同、长度不同的电阻丝。每根电阻丝间隔1 mm，格栅的电阻部分上下高度为17 mm。一根电阻丝被磨断，表示刹车片摩擦材料损耗1 mm，这一数值将由电阻格栅电阻值的突然增大经由传感器将数据转化并最终传递到汽车仪表上，实现汽车刹车片的实时测量。当最后一根(第18根)电阻丝被磨断，装置即自动报警。
由表2可以看出，平均电阻值方差在0.086～1.325之间变化，级差方差在0.006～0.701之间变化，均在可接受的范围内，故试验数据可靠，误差较小。
根据表2绘制出平均电阻值-磨断级数图像和级差均值-磨断级数图像，分别如图7、图8所示。
此传感器装置用于汽车刹车片的厚度测量，成本适中，可实现实时测量，测量精度达到1 mm。
[1] 韩贤贤，姚毅超，赵紫薇，等.汽车刹车片厚度检测系统设计[J].林业机械与木工设备，2017，45(7)：32-36.
[2] 刘炳昌，杨华亭.汽车刹车片报警系统[J].大众汽车，2015(2)：4-5.
汽车刹车片的摩擦块由摩擦材料和背部钢板组成[3-4]，将传感器嵌置于摩块中与其一同磨损，从而实现对刹车片厚度的实时测量功能。传感器相对位置、摩擦材料与背板、传感器分别如图1、图2、图3所示。
【摘 要】汽车刹车片是汽车制动装置的重要组件,对刹车片状态的实时测量可以有效地提高行车的安全性,而传统的导线测量、超声波测量等方法难以在成本和性能之间达到平衡.在充分考虑测量精度和生产成本的前提下,设计了一种能实时测量汽车刹车片厚度的传感器.该传感器将阶梯式电阻元件嵌入刹车片中,电阻元件随刹车片一同磨损,将磨损后厚度的物理信号转换为电信号,通过测量电路可以将电信号换算成刹车片的实时厚度.实验表明,该传感器对刹车片厚度的测量精度可以达到1 mm.
(2)取10片电阻格栅进行磨损试验，得到总阻值-磨损级数试验数据，取平均值；
(3)取10片电阻格栅，分别在其电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为2 mm的等腰直角三角形，然后进行磨损试验，得到总阻值-磨损级数试验数据，取平均值；
由图7、图8可以看出，随着格栅电阻材料的磨损，其平均电阻值呈增大的趋势(4.7～46.1 Ω)，而且增长的幅度也越来越大(0.2～22.2 Ω)。而级差与总电阻值的比值(级差/总电阻值)也显著增大，传感器测量刹车片厚度相对更为容易，所得数据精度更高。
对比表1和表2的电阻值，可以发现理论计算值和试验所测得的数值存在一定的误差，理论计算值比试验测得的电阻值小1.1～1.7 Ω不等。一般而言，数据误差主要由以下三方面原因引起：①计算方法误差；②生产误差；③测量误差。而通过分析表2的方差，电阻值方差相对较小，数据几乎无波动，因此可以排除②、③两点原因，最后可以确定误差是由计算方法引起的系统误差。
[4] 王磊，杨瑞，赵强.某乘用车正面偏置碰撞仿真分析及其优化对策研究[J].森林工程，2017，33(6)：83-87.
由表3可知，理论计算的电阻值加上延长端子的电阻值后，仍然与试验测得的数值存在0.1～0.7 Ω的误差，且误差随着电阻格栅磨断级数的增加而减小。
理论计算中假设了电流密度是均匀的，而电阻格栅两侧电阻材料宽度大、长度小，电阻值理论计算相对较小。事实上，格栅两侧电阻相对于中间电阻丝而言长宽比小得多，电流密度并不均匀[6]，有相当一部分电流密度很小，故作出以下猜测：对于格栅两侧电阻，实际电流流经电阻材料的宽度比理论上的要小，即实测电阻值比理论计算的电阻值要大。
(4)取10片电阻格栅，分别在电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为4 mm的等腰直角三角形，过程同(2)；
(5)取10片电阻格栅，分别在电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为6 mm的等腰直角三角形，过程同(2)；