应变片粘贴实用技巧.docx
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应变片粘贴实用技巧
应变片粘贴实用技巧
------卡尔.霍夫曼
1绪论
2应变片的安装
2.1贴片工的职责和作用
2.2粘贴剂的种类
2.2.1各种HBM应变片粘贴剂的特性
2.3粘贴剂的使用
2.3.1在金属表面粘贴的准备工作
2.3.2在非金属表面粘贴的准备工作
2.3.3应变片在医学领域的使用
2.3.4应变片的准备
2.3.5粘贴过程
2.3.6预防措施
3电缆连接
3.1焊接工具、焊接材料和配线
3.1.1焊接烙铁
3.1.2烙铁头
3.1.3焊料（软焊料）
3.1.4熔融
3.1.5焊接终端
3.1.6导线材料
3.2实用技巧
3.2.1焊接技巧
3.2.2电缆连接技巧
4中间检查
4.1视觉检查
4.2应变片电的连续性
4.3连接电缆的电阻
4.4应变片的绝缘电阻
4.5连接电缆的绝缘电阻
5已安装的应变片的防护
5.1已安装的应变片防护层的使用技巧
5.2常用的防护材料
6参考文献
1绪论
2应变片的安装
2.1贴片工的职责和作用
为了正确测量传递的样件的变形，贴片工需要将应变片紧紧地贴在样件上。
根据不同的条件、影响因素和适用性，需要不同的贴片工和不同的粘贴方法。
粘贴起着重要的作用。
考虑到应变片粘贴的适用性，这种连接方法就有些特别优点：
●连接各种材料，甚至不同材料的可能性。
根据不同的接合剂，粘贴在室温或高温环境中进行。
●
2.2粘贴剂的种类
2.2.1各种HBM应变片粘贴剂的特性
2.3粘合剂的使用
2.3.1在金属表面粘贴的准备工作
2.3.2在非金属表面粘贴的准备工作
2.3.3应变片在医学领域的使用
2.3.4应变片的准备
2.3.5粘贴过程
2.3.6预防措施
3电缆连接
3.1焊接工具、焊接材料和配线
3.1.1焊接烙铁
3.1.2烙铁头
3.1.3焊料（软焊料）
3.1.4熔融
3.1.5焊接终端
3.1.6导线材料
3.2实用技巧
3.2.1焊接技巧
3.2.2电缆连接技巧
4中间检查
4.1视觉检查
应变片和电缆连接应该用6X放大率的放大镜检查，检查如下：
●应变片下的气泡
●边缘没有焊接好
●不可靠的焊接
●熔解残余物
4.2应变片的连续性
4.3连接电缆的电阻
4.4应变片的绝缘电阻
4.5连接电缆的绝缘电阻
5已安装的应变片的防护
应变片的粘贴必须防止机械和化学的影响，甚至在理想状态下，例如试验室，假如没有合适的方法，粘贴的应变片的性能也会随着时间下降。
不同的方法对应变片有不同的影响。
在底湿度的实验室环境中，采用轻微的密封就可以对手指（有汗水）的碰触进行很好的防护，然而在一些工厂的恶劣环境中，为了防止蒸汽、水、油、热及机械的影响，进行充分的防护的很有必要的。
首先，简单的清漆密封是适当的；其次，可以对应变片采用多层保护产生屏障。
5.1已安装的应变片防护层的使用技巧
5.2常用的防护材料
6参考文献
2应变片的粘贴
2.1应变片粘贴人员的职责
粘贴人员把应变片牢固的粘贴到试件的表面的目的是把试件的变形精确的传递到应变片上。
不同的条件、影响和应用的考虑需要不同的粘贴人员和粘贴方法。
粘贴是一个非常关键的步骤。
下面给出了适用于应变片粘贴的一些先进的方法。
●粘贴不同的材料，甚至是完全不同的材料。
依赖于选用的粘接剂、粘贴的温度是在室温还是高温下。
●粘贴的材料没有回应，这种限制只是在塑性材料中。
●绝对多数的固化粘接剂（只是那些对于应变片技术要求比较重要的）通过较低的对于水蒸气的吸收加以区别。
（除了氰基丙烯酸盐粘合剂）
●对于固化的速度的控制通过选择不同类型的粘接剂和固化温度（低温或者高温固化）
●应变片与试件的高电阻率可以提供高的绝缘阻抗
粘贴的效果取决于粘接剂与试件表面的粘附力。
粘附力的大小主要取决于邻近分子的吸引力的大小。
2.3粘接剂的应用
应变片可能被固定到所有的固体表面。
在做这个工作之前，首要的就是对粘贴的地方进行恰当与仔细的处理。
对于粘贴剂的使用者，下面的章节和相关的指导，给出了恰当的处理方法。
提示2.3-1：
下面的信息对于粘接剂的使用者来说，要比说明书中的更容易理解，然后，却不可能包括所有的粘接剂的属性，如果，下面的信息与某一特定的粘接剂的说明书的信息出现了矛盾，以该粘接剂的说明书为准。
2.3.1在金属表面粘接应变片的前期准备工作
准备工作的种类与范围主要与试件的状态、数量、金属表面污垢的类型，还有试件的材料的类型有关系。
下面示意性的列出了金属试件的前期的处理方法。
粘接的位置应避免在存在小孔、裂纹和氧化层的地方，不是因为这些地方的表面太粗糙，而是因为这些地方容易潮湿。
在确定了粘贴位置之后，接着执行表2.3.1列出的每一步，至于采用什么方法取决于试件的当时的状态、尺寸与损伤的敏感程度。
试验人员应该根据实际的情况采取明智与合理的方案。
⏹初次清洗
⏹平滑处理
⏹清洗
⏹表面粗糙化处理
⏹清洗
⏹划线
⏹最后的清洗与清除油脂处理
⏹有选择性进行酸洗、冲洗和干燥处理
表2.3-1应变片粘贴前的准备工作步骤
进一步的关于在的净化的术语：
“清洁”与“污染”在技术层面的含义，应变片的粘贴人员应该具有全面而清楚的认识。
每一个暴露在空气中的表面，无论用肉眼看上去是多么的整洁，理论上都被人为是被污染的了。
灰尘与氧化物的堆积，对于潮气的吸收、水蒸气与气体的产生，这些对于粘接剂的粘接性能都会产生不利的影响。
因此，在对粘接表面进行处理完之后，应该立即进行粘贴。
在每一个步骤之间的暂停都是不允许的。
即使是在实验室条件下和最佳的空气环境中，在清洗与粘贴之间的间隔时间也不能超过三个小时。
容易氧化的金属材料（例如，铜，铝，钛和他们的合金）或者工业条件下要求在清洗之后，马上进行粘贴。
初次清洗
锈迹、氧化物、油漆、润滑油后者灰尘的覆盖物、或者其他覆盖试件测点表面的污染物应该被清除干净，并且清洁的面积要略大于粘贴面积。
在这个步骤中使用的工具是刮刀、抹刀，研磨工具。
对于初次清洗，推荐使用酸洗剂（例如Vim，Ata，Imi溶液等）来去除表面的油脂与润滑油。
具有腐蚀性的苏打溶液对于去除油污也是一个不错的选择，但是在使用的时候要特别的小心。
因为它能严重灼伤皮肤，所以，在使用具有腐蚀性苏打水的时候，一定要带上胶皮手套与防护眼镜。
注意：
绝对不能使用腐蚀性的苏打水对铝材质的试件进行清洗。
冲洗使用纯净水或者蒸馏水。
油污彻底出去后，表面会覆盖一层无间断的水膜。
接着用干净的纤维素吸水软垫进行干燥。
光滑处理：
生锈、表面的创伤和比较深的表面划痕会在试件的表面产生切口应力，从而导致不准确的测量结果。
试件表面的突起和其他的不平整会削弱粘接效果。
所以粘接区域必须通过打磨与抹平或者其他合理的方法，使其平整。
对于这项工作来说，
交叉使用金刚砂纸与橡皮板两种打磨工具是一个不错的选择。
橡皮板可以根据目标的外形轮廓进行修形，金刚砂纸能够根据目的进行修形。
经过多次处理之后，原先比较粗糙的表面变的光滑了。
为了避免误解，特别说明如下：
需要粘贴的试件表面不一定是平面，应变片完全可以粘贴在曲面上，但是表面不能有突起。
镀有铅、镉、锡、铟、铋和其他类似的金属镀层的金属表面，如果表面的镀层比较松弛，在粘接区域的表面必须把这些镀层去除。
镍镀层也有可能脱落，所以也必须去除。
清洗：
在该工序中，试件表面粘贴应变片部位上的灰尘，磨屑，油脂将被去除掉。
清除工作要做的彻底，但没有必要特别的仔细，因为后面还有其他的工序。
推荐使用有机溶剂作为清洗剂。
更详细的细节将在“最后的清洗”中进行。
使用有机溶剂只会去除部分的矿物油（例如润滑旋转金属板或者钻孔使用的冷却液），在这种情况下，使用碱性溶液的效果比较好。
表面粗糙化处理：
在2.1-1小节中，解释了试件与粘接剂之间的粘接力。
这种粘接力主要是化学性质的一种体现。
增加接合面积是有可能增加粘接力的，增大接合面积只能通过表面粗糙化处理，这种处理都是机械的方法，而很少采用酸洗的化学方法。
ab
图.2.3-1表面粗糙化处理对于有效接触面积大小的影响
a）理想平面的接触线
b）通过适当的粗糙化处理后增长的接触线（优化状态）
使用喷砂机进行表面粗糙化处理
喷砂处理之后，试件表面会有一个比较理想的粘接表面。
要想获得完美无暇的表面，有三个条件是必须的：
不含空气的油或者水；干净的没有使用的喷砂介质；完全脱去油脂的表面。
因为油脂会被喷砂介质打入试件的表面，并且很难清除（需要使用超声波清洁设备进行清除）。
金刚砂是一种比较理想的喷砂介质。
它的边缘锋利、硬度高、干净、不会产生腐蚀，也不会造成生理疾病（没有硅肺病的危险）。
硼碳氧化物被证明是一种很硬的。
可以用它作为喷砂的介质，这种介质的硬度介于钻石与金刚砂之间。
金刚砂粒度的选择取决于试件的硬度、空气压力、喷口与目标之间的距离和使用的设备的类型。
试件的材料
使用喷砂方法进行粗糙化处理
采用金刚砂纸
打磨砂纸粒度
空气压力
[bar]
距离
[cm]
金刚砂
粒度
颗粒尺寸（um）
硬钢
4
20
80...100
160...115
80....100
软钢
4
20
100...150
115...75
100...180
铝和铝合金
3
25
F240......F320
45...29
220...360
表2.3-2喷砂用的金刚砂与打磨试件用的砂纸粒度标准
如果使用氯基丙烯酸盐粘接剂进行粘接的时候，建议减少喷砂的次数或者减小金刚砂的粒度。
使用陶瓷类粘接剂，表面粗糙度大些，粘接效果会更好些。
表2.3-3中给出了对于不同类型的粘接剂的最优表面粗糙度。
应变片粘接剂
平均粗糙度
X60
3...10
Z70
2...4
X80
2...10
EP250和EP310S
2...4
表2.3-3使用不同的粘接剂粘贴表面的不同粗糙度
使用金刚砂纸进行表面粗糙化处理
尽管喷砂处理有很多的优点，但是它的使用也有被限制的时候：
有时候因为缺乏设备，有时候因为没有条件使用这种设备（），在这种情况下，可以使用金刚砂纸进行打磨处理，如果使用得当，也会得到令人满意的结果，使用砂纸在试件的表面进行反复打磨。
使用新的并且颗粒大小对于要打磨的材料而言合适的砂纸或者砂布。
颗粒大小的标准值在表2.3-2中列出。
表2.3-3中列出了推荐的表面粗糙度值。
使用其他机械方法进行粗糙化处理
有时候，对于某些精巧的试件来说，即使是砂纸打磨也嫌粗糙。
特别是对裂纹应力非常敏感的材料更是如此，还有一些平面和平面硬度比较的平面，这些平面的硬度必须被保证。
最温和的机械预处理和去除氧化层的方法是使用玻璃纤维溶剂腐蚀（有时候也用来擦除中国画中的墨迹）另一种方法就是打印机擦除橡皮，这是一种含有玻璃微粒的印度橡胶，最后还有一种化学方法，这种方法我们将在酸洗工序中介绍。
位置标定
使用划线来标定应变片的粘贴位置，薄片式的应变片的中心必须和测量位置的中心轴对齐。
不推荐使用划线针与划线器进行位置标定，因为即使非常轻微的表面划伤也会削弱试件强度甚至破坏试件。
一支干了的圆珠笔是个不错的选择，因为钢珠在试件表面会留下一条清晰的线，但是不会损伤试件，也不会在表面留下划痕。
如果圆珠笔中还有墨水，在画完线之后，应该用溶剂（例如RMS1）去除划线。
较软的材料例如铝，应该用一支削尖的铅笔进行划线标定，铅芯的硬度（4H到6H）应该在一个单独的一小块材料上进行检查。
即使是最后清洗完之后，划线依然清晰可见，但是不能在试件的表面留下划痕。
最后的清洗
正如在2.1节中论述的那样，粘接力的效率因为距离的增大会减少三成到六成。
因此粘接力应该现在分子层内。
出于这样的原因，最后的清洗工作必须认真仔细。
即使是一层非常薄的油层也会削弱粘接的效果甚至使粘接失败。
硅脂与油脂是非常难以去除的。
这些广泛存在于化妆品（洗手液等），粘贴人员应避免使用它们。
如果具备水蒸气清洗设备，就用水蒸气清洗试件。
一般油脂的清除使用去除油脂溶液（例如RMS1）进行清洗。
认真阅读所有的劳动安全规定！
如果使用易燃的有机溶剂，远离所有的明火，并且禁止吸烟！
出于人身健康的考虑，应该及时通风，避免能引起爆炸混合气体的形成，并且避免溶液挥发的气体的浓度大于空气的浓度，不然会造成人员窒息。
市场上可以买到的，可用来做最后清洗的有机溶剂，有时会有两种纯度：
技术纯度表示：
相对于杂质的纯度
化学纯度（有时也标示为proanalys;或者p.a.）表示：
相对于最大可溶解杂质的纯度。
化学纯度溶液一般用来清洗应变片的粘贴点。
包括RMS1在内，HBM提供了一种化学纯度的，对于环境稳定的混合溶液，该溶液能够去掉所有的杂质。
常用或者
商品名称
其他的
化学名称
化学方程式
[总方程式]
MAK值
注释
ppm
Mg/m3
RMS1
丙酮和2-丙醛
CH3·CO·CH3·
[C4H6O]和
CH3·CH（OH）·CH3
[C3H6O]
400
980
易燃
Methyl-ethyl-ketone
丁酮-
（2）
CH3·CH2CO·CH3
[C4H8O]
200
590
易燃
Acetone
丙酮
CH3COCH3
[C4H6O]
500
1200
易燃
Isopropylalcohol
异丙醇
CH3CH（OH）.CH3
[C3H8O]
400
980
易燃
Ethylacetate
乙醇
CH3CH2.OH
[C2H6O]
1000
1900
易燃
Ethylacetate
乙酸乙酯
CH2.CO2C2H5
[C4H8O2]
400
1400
易燃
Toluol
甲苯
C6H5CH3
[C7H8]
50
190
有毒，易燃
纯汽油
易燃
MAK表示：
工作区域的最大浓度。
表2.3-4：
应用广泛的用来清洗与去油脂的溶剂
在进行最后的清洗工作时，下面是要注意的一些事项：
●如有必要，必须在每个步骤之间都要洗手。
●不要使用洗手液，只能使用无油脂软膏（详见2.3.6节）
●禁止直接从瓶中获取溶液。
可以倒入少量的溶液到一个干净的器皿内（培替式培养皿）每次从这里取用，禁止把剩余的溶液倒回瓶中，把剩余的溶液丢弃。
●使用干净的脱脂材料。
纤维吸收垫被证明是安全高效的，但是每个只能使用一次。
如果纸巾不含有可溶解的颗粒，同样也可以作为干燥材料使用。
●不要让你的手浸入溶液，因为手指的油脂会溶解于溶液中，这样会污染溶液。
使用橡胶手套或橡胶手指，或者镊子。
●首先清洗面积较的区域，接着清洗较小的面积。
这样是为了防止污染物从边缘渗透到粘贴部位，这样持续清洗，直到再也没有污染物为止，最后使用一块新的吸附垫从中心到周边至少向两个方向挤压，切忌只能挤压一次。
使用镊子或者纸巾去掉所有剩余的纤维，禁止用嘴吹。
●由于溶液挥发造成的粘贴表面的冷却，致使水蒸气在其上凝结并液化，使用热风枪把其吹干。
●禁止用手接触清洗后的表面。
提示：
2.3-2
不要使用含氯的溶液来清洗较轻的金属例如铝、钛合金。
这些合金有时候会有油性物质渗到金属表面，即使进行了全面地清洗与清脂之后，还会有油脂持续不断地冒出。
一般认为渗出的物质是润滑剂被挤压到金属的表面。
对于这种情况的对策是清洗、加热、再清洗如此反复，直到粘贴表面干净为止。
然而，以后还有可能出现松弛的可能。
酸洗
除了一些更高的需求之外，应变片粘贴区域进行酸洗是很少采用的工艺技术，然后，这里提及是出于内容完整性的考虑。
酸洗可以在机械处理之后，或者代替机械处理，除了引起表面应力之外，它提供了一种非常优良的粗糙表面，这些微观的粗糙保持了试件稳定性的优势，特别要说明的优势是特别精巧的试件不用弯曲也不用扭转，酸洗会产生一个比较良好的粘接强度。
在进行粘贴工作之前，应立即进行酸洗工作。
在中和、冲洗、干燥粘贴区域的时候要特别的注意。
关于金属材料的酸洗更多方法和细节请参考参考文献【5】同其他的处理方法比较，酸洗铝合金和显著的提高粘接的强度，而这种情况不会在钢材质的试件上出现。
【6】
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