电阻应变片的粘贴关键技术.docx

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电阻应变片的粘贴关键技术

电阻应变片粘贴技术

一、实验目

1.初步掌握常温用电阻应变片粘贴技术。

2.初步掌握接线、检查等准备工作。

二、实验设备和器材

1.常温用电阻应变片

2.数字式万用表。

3.502粘结剂。

4.电烙铁、镊子、沙纸。

5.等强度梁试件，温度补偿块。

6.丙酮、药棉等。

7.测量导线若干。

三、实验办法和环节

1.检查应变片外观和电阻（电阻为200Ω±0.5Ω）。

2.测点表面清洁解决：

为使应变计与被测试件贴得牢,对测点表面要进行清洁解决。

一方面把测点表面用砂纸打磨；使测点表面平整、光洁。

用棉花球蘸丙酮擦洗表面油污，到棉花球不黑为止。

再用划针在测片位置处划出应变计座标线。

3.贴片：

在测点位置和应变片底基面上，涂上薄薄一层胶水，用镊子夹住应变片，把应变片轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变计长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余胶水，手指保持不动约1分钟后再放开，注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象。

 4.贴接线端子片、焊接：

将端子片基地和待贴位置处涂抹上一层胶水，等贴牢后将应变片两个引出线分别焊接到端子片上，再将两根导线分别焊接到此外两个端子上，注意不能浮现短路状况。

5.检查应变片与否通路，并测量阻值。

四.实验成果

1.电阻理论值为120Ω，测量电阻值均符合规定。

一、 应变计选取

1、 1/4桥

    λε，仪器调零困难。

同步也受温度影响，用手握住导线变化就能有100εμ2根线1/4桥：

长引线会引入电阻导致电桥不平衡，6m长导线导致电桥不平衡量为29000以上。

    λ，仪器调零容易。

也不受导线温度影响。

εμ3根线1/4桥：

6m长导线导致电桥不平衡量为400

2、    应变计长度选取：

要基于应力分布。

    λ应变测量是局部区域平均，而非某点微应变。

当应力是线性分布，应变计长度无影响。

    λ应力集中时，最佳用非常小应变计贴在应力集中处，应变计应比应力集中点稍大一点。

    λ各向异性材料（如混凝土、碳纤维复合材料等），用长应变计在较大区域得到平均值。

3、    应变片样式

    λ单向应变计：

需要懂得主应力方向；

    T型应变计：

也需要懂得主应力方向；λ

    三片应变花：

不懂得主应力方向时，可随意贴，通过计算可得出最大最小主应力和方向。

λ

    剪切式应变计：

用于剪切和扭转。

λ

4、应变计电阻选取

惯用有120Ω、350Ω和1000Ω。

电阻    120Ω    350Ω

优

点    应变计尺寸小    电流低，发热功率低

    成本稍低          可大电压勉励，信号噪声小

    疲劳寿命更佳    导线电阻影响更小

              电池供电更长

5、 勉励电压

恰当提高勉励电压可提高测量信噪比。

但勉励电压太高时，流过应变计电流会发热，导致应变计电阻变化而产生热输出。

如下状况可使用高勉励电压：

    大应变片，散热好；λ

    大阻值应变片（小电流，发热功率小）λ

    λ容易散热材料（如铝材料，可用10V勉励电压）

二、    应变计安装过程

如下安装过程是在研讨会上进行演示，并实际动手照此程序进行操作。

它是以VMM公司产品为基本，具备一定参照意义。

1、    去污剂CSM-2喷到纱布上，擦测试零件，去除油污。

2、    用320GRIT砂纸，在粘贴面来回打磨12次。

白纸垫在零件下面。

3、    在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，再用320GRIT砂纸，在测量面来回打磨12次。

将纱布叠成小块在表面朝一种方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。

换一张白纸。

4、    在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用400GRIT砂纸，在测量面来回打磨12次。

将纱布叠成小块在表面朝一种方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。

换一张白纸。

5、    用铅笔、直尺划出贴应变片位置。

6、    在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用棉签擦掉铅笔划线，将纱布叠成小块在表面朝一种方向擦一次。

7、    在贴应变片处涂Conditioner5A中和剂，达到适当酸碱度，用棉签擦拭，将纱布叠成小块在表面朝一种方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。

换一张白纸。

8、    解决应变计盒子用Conditioner5A中和剂滴几滴，用纱布擦干净。

中和剂倒在纱布上，将镊子擦干净。

9、    取出应变计，用胶布将导线固定在盒子上。

去掉应变计塑料夹子，用透明胶布将应变计和导线粘在一起，去掉固定导线胶纸。

用透明胶带将应变计对准粘贴位置贴上，注意导线方向。

10、    用较小角度揭开胶带超过中线1cm，将快干剂涂在应变计背后，晾干1min。

11、   将胶涂在胶带下面，用纱布将胶向应变计方向挤出，用拇指压住1min。

松开手指后再晾1min.

12、    用纸胶带将导线固定再零件上，并写上相应信息：

应变计型号和敏捷系数等。

13、    将透明胶带以0角度由应变片向导线方向揭开。

在应变计和导线上涂M－CoatA保护层。

14、    用应变计安装测试仪1300检查安装质量。

规定绝缘电阻不不大于10kMΩ。

　0引言

　　焊接技术越来越多应用于生产生活各个方面，已经成为当代制造重要办法。

然而随着焊接技术发展，人们对于焊接成型过程中精细控制规定越来越高。

焊缝中应力状况决定着随后工件使用寿命，但国内对于焊缝内部应力分布状况讨论不是很清晰，在理论上也存在着各种分歧。

对于掌握焊缝中应力分布，甚至是焊缝成型过程应力实时变化显得十分重要。

　　Q390钢材在建筑中刚刚开始应用，综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能较好，但在焊接大型构件时却发生过焊缝断裂案例，在拟定Q390能否作为大型钢架材料过程中，分析其焊缝应力是一切研究讨论基本。

盲孔法测应力是一种惯用应力分析办法，操作简便，技术成熟。

但在实际实验中，应变片容易损坏，影响实验进度。

查阅有关文献时，相应变片粘贴、引线连接讨论较少，实验误差也会由于其中微小差别而变大。

理论分析和实验成果尚有一定差距，这都需要咱们静下心来细细拆解揣摩，拟定一系列比较安全、规范操作细节。

本文将结合实际盲孔法测应力实验浮现若干状况，讨论和分析应变片选用、解决、粘贴和引线连接办法。

　　1盲孔法测应力中电阻应变片选取及预解决

　　在盲孔法测应力过程中，失败往往在应变片。

应变片自身脆、薄，稍不注意就会折断。

在做实验过程中，需要不断地用欧姆表测试其电阻，保证应变片良好有效。

在挑选应变片就要格外细心，若在实验后期发现问题，整个实验基本前功尽弃，需要把应变片拿小刀刮去，再用丙酮擦拭，重新贴片。

1.1应变片选取

　　市面上销售应变片种类繁多，在实验之前应依照实验特点与需要选取具备与之匹配特性及构造应变片。

惯用金属应变片具备如下特性：

　　1.1.1敏捷系数

　　敏捷系数是应变片粘贴于试样表面，当有与其轴线方向平行单向应力作用其上时，应变片阻值相对变化与试样表面上应变片粘贴区域轴向应变之比。

由于应变栅具备横向效应与基片层变形传递失真因素，电阻应变片敏捷系数k恒不大于电阻丝敏捷度k；

　　1.1.2横向效应

　　无论是丝绕式、短接式还是箔片式应变片，其内部应变栅均有若干纵横交叉连接金属丝或箔片构成。

当应变片轴向受拉应力并产生应变式，轴向金属丝或箔电阻将增长，但在垂直于轴向方向上微段金属丝或箔产生负压应变，按泊松关系，该段电阻减小。

因此，同样长度金属丝或箔制成应变片后，在相似相相应变下敏捷系数减少。

　　1.1.3零漂和蠕变

　　应变片粘贴在试样表面之后，在温度保持恒定切不加载应变状况下，其电阻随时间变化而变化特性，称为应变片零漂。

而在温度保持恒定，使其承受恒定机械应变，其电阻值随时间而变化特性，称为应变片蠕变。

　　1.1.4机械滞后

　　应变片粘贴于试样上之后，在恒定温度下，其电阻变化率相相应变加载曲线与卸载曲线不重叠[1]。

加载特性曲线与卸载特性曲线最大差值成为应变片滞后。

　　1.1.5最大工作电流和绝缘电阻

　　最大工作电流是指容许通过应变片而不影响其正常工作电流最大值。

使用较大工作电流时，输出信号大，敏捷度高。

但电流过大会使应变片自身过热，变化敏捷系数，增长零漂、蠕变，甚至烧毁应变片。

绝缘电阻是指应变片应变栅与粘贴测试试样之间电阻值，普通规定在50-100MΩ。

绝缘层太薄，绝缘电阻过低，会导致漏电从而产生测量误差。

而绝缘层太后，虽然防止漏电，却会减低应变片敏捷系数，增长零漂与蠕变。

鉴于以上重要参数，在选取应变片时应当考虑测试对象绝缘性、应变释放速度，实验环境温度、湿度，实验电路参电流、接入方式数等综合因素挑选应变片。

咱们实验对象为箱式螺柱焊Q390大厚板件切割试样，实验环境干燥，应变释放较慢，使用YJ-4501型静态数字应变仪，因而选用了机械工业部郑州机械研究所TJ120-1.5-1.5型应变片。

　　1.2应变片检查

　　由于生产、运送环节众多，实验中使用应变片很也许存在不同限度质量缺陷或后期损坏。

为了防止选用故障应变片而影响实验进程或数据精度，在贴片前相应变片进行检查是十分必要。

　　外观检查。

一方面观测应变片整体外观，符合规定应变片外观为正方形，表面平整且光滑，基片与覆盖层贴合良好，没有气泡或开裂，六根引出线完整，长短一致，没明显折痕。

另一方面，使用5倍观测应变片应变栅某些，金属丝或箔应当粗细均匀，互相平行，光洁无锈，没有断点，没有搭接。

最后进行电阻测试，使用高精度数字万用表测量每一组应变栅引出两根引出线之间电阻值，即每一组应变栅原本阻值与导线电阻之和。

就咱们使用TJ120-1.5-1.5型应变片而言，每组应变栅组织应当为120Ω，误差范畴±0.1Ω[2]。

　　1.3粘贴表面预解决

　　粘贴表面质量对于应变片粘贴效果有很大影响，进而影响到对于表面应变测量精确性，因而这也是十分重要一步。

对于应变片粘贴表面规定为清洁、平整、有细小网状纹路，这样可以保证胶水自由渗入与应变片粘贴强度。

　　1.3.1表面粗清

　　由于试样表面经常有氧化层，油污，附着物等，使用砂纸手工去除效率低，故推荐使用砂轮机进行粗清。

使用手持砂轮机配合除锈钢丝轮，在粘贴应变片处打磨去表面污物，再换至80目细砂轮继续打磨，直至表面平整，光滑，无凹凸，Ra3.2—6.4[3]。

打磨表面面积约为约为应变片面积8-9倍。

　1.3.2表面清洗

　　在筹划贴应变片处使用100目金相砂纸沿圆形路线，正反方向交替打磨，磨去砂轮机打磨留下较深不规则纹路。

再垂直、水平双向交叉打磨，形成细腻，可见网状纹路。

这样纹路有助于在粘贴应变片时胶水可以更好浸润、渗入进粘合面，进而提高粘合强度。

细清面积约为应变片面积3-4倍。

　　1.3.3划定位线

　　如果应变片粘贴方向与预定方向产生偏差，最后结算成果会有较大误差，因而事先划定定位线是不可忽视环节。

使用直角钢尺与划针在预测粘贴应变片处划出互相垂直定位线。

其中一条与焊缝纵向平行，另一条则与之垂直。

划线完毕后使用100目金相砂纸打磨划线部位毛刺，直至平滑光洁[3]。

　　1.3.4划线后清洁

　　由于之前打磨会产生细小金属粉末，因而最后应当使用脱脂棉球蘸取丙酮进行擦洗。

擦洗顺序由中心到四周，特别注意划线凹槽内金属粉末。

擦洗过程中依照状况更换棉球，交替擦洗方向。

直至棉球上不再有黑色痕迹为止。

通过清洁试样表面净值30秒丙酮即可挥发完毕，之后切勿用手触摸，保持清洁，并在尽量短时间内完毕贴片过程[4]。

　　2应变片粘贴

　　应变片粘贴是保证应变片与试样保持同步应变核心环节，规定粘贴精确、牢固。

粘贴时先将六条引出线向应变片粘贴面反方向弯曲，减少引出线被胶水粘贴在试样表面也许性。

左手大拇指与食指捏住45度引出一组引出线，用中指指腹拖住应变片，保持稳定，应变片粘贴面朝向右斜上方。

右手向粘贴面上涂抹502胶。

涂胶时，胶水出口朝向斜下方，但角度不可过大，防止胶水过量。

在挤出少于正常使用时一滴胶水时，将胶水滴靠上应变片粘贴面，之后右手将502胶置于桌上，由同组人员迅速盖上，防止固化。

涂上胶水之后，左手翻转，将粘贴面朝下贴于事先打磨预定位置之上。

迅速双手按住应变片对角，调节应变片位置与方向，使应变片透明某些方位线与定位线相重叠。

取一片玻璃纸，覆盖在应变片上，右手食指按在其上，轻轻施加压力，使胶水布满应变片与试样间隙。

5-6秒后，右手食指指肚在玻璃纸上滚动，将多余胶水与气泡从边上挤出。

单向滚压两至三次后再在垂直方向上进行滚压，保证应变片与试样贴合紧密，无气泡。

滚压时候要注意手指不要移动应变片位置，且避免将引出线按下去被胶水粘合。

重复滚压15s左后，换一张玻璃纸，并用大拇指用力按住，保持40s，就可以保证应变片粘贴牢固。

之后还需要在室温下固化24小时[5]。

　　3应变片引线连接办法

　　由于电阻应变片六根引线十分纤细，在贴片过程中极易弄断。

如果连接不到位，接头薄弱变化电阻都会影响测量出应变值，从而影响实验精度。

在实际连接中既要保证电阻应变片六根引线连接紧密，又要避免六根引线之间短路，还要给钻头夹具留出空位。

因而如何连接应变片六根细引线以保证盲孔法测应力实验数据精确性就显得尤为重要。

　　惯用金属导线有单股铜芯线、7股铜芯线和19股铜芯线，但由于电阻应变片六根导线只是单根铜引线，因此连接时需要用单股铜芯线，以尽量减小连接难度和实验误差。

　　3.1以PCB板为载体锡焊办法

　　事先裁取三块小块PCB板，保证PCB板上至少有两条独立金属线，相应应变片上三组应变丝。

将准备好单股铜芯线、裁减下PCB板、电阻应变片六根导线分别用酒精擦拭。

在实验台上，先将单股铜芯线按在PCB板上，用锡焊办法连接。

不能长时间加热，否则焊点结合层超过适当厚度引起焊点性能劣化，并且切忌烙铁头离电阻应变片太近以免烧坏应变片基片，在保证焊料润湿导线前提下，时间越短越好。

在单股铜芯线和PCB板连接紧固之后，用电表测试应变片阻值，在拟定均在120欧左右后准备将PCB板与电阻应变片六根引线连接。

由于应变片此时已经贴在试件上，在与PCB板连接时就先要保证六根引线不能折断甚至是把应变片扯坏。

如果试件很小置于工作台上，则需将PCB板用透明胶带预固定在试件上，待连接结束后清除掉。

在焊接引线和PCB板时注意防止虚焊，每焊一根引线后都要检测应变片，以防损坏。

如果在大型钢构造上测试，应变片贴在斜面甚至是垂直面，在放置PCB板时尽量用宽胶带，在和引线焊接后不要清除胶带，保证PCB板能固定在试件上但又不需引线承受来历，以此保证应变片正常工作。

　　试件上胶带如果粘贴过多会影响应变片形变应变释放，影响实验精度。

使用PCB板作为载体可以大大减少试件上胶带粘贴数量，保证试件上干净整洁，比较美观。

但缺陷也是显而易见，锡焊连接很容易产生虚焊，并且要防止电烙铁高温破坏应变片，对操作者规定很高。

每次锡焊焊点大小不易控制，对焊点微小电阻差别引起误差难以消除，最后实验成果难以保证。

在对比不同实验办法数据，用PCB板做实验所得数据跳动较大。

　　3.2直接与单股铜芯线线绞接法连接

　　先将单股铜芯线端部3-5cm漆皮削去，再用砂纸轻轻打磨，最后酒精擦拭备用。

在交接之前，先大体将线路布置一下，防止六根引线交接后互相叠加。

双手分别捏住铜芯线和引线，将两线端X相交，倾斜角度约为45度。

顺势互搅2-3圈，期间保证铜芯线和引线顺直。

　　接着扳直两个先头自由端，将每根线自由端在对边线芯上紧密缠绕到线芯直径10倍长，将多余线头减去，修理好切口毛刺即可[6]。

　　试件放在实验台上测试时，应变片六根引线因事先已经和试件粘紧，在绞接导线时一定要轻拿轻放，以免扯断引线导致应变片损坏。

最后绞好导线用绝缘胶带包裹好，再用胶布固定在试件上，以免松动。

每绞一根引线后都要检测应变片，以防损坏。

　　使用绞接法可以避免使用锡焊，操作更安全、简便。

可以避免高温影响应变片稳定性。

绞接法连接可靠，操作起来十分方面，大大减短实验周期。

但使用绞接法时需要大量使用绝缘胶布，并且各条导线之间容易缠在一起，互相拉扯，扯断应变片细引线。

实验过程中也不易检查电路。

实验数据表白，采用绞接法连接所得实验数据要稳定某些，随机误差比用PCB板连接要小些，但实验过程中接线繁琐，排线不易。

3.3使用专用夹持夹具压接办法

　　考虑到连接可靠性、操作简便性，现使用由南京理工大学材料科学与工程学院研发专利“金属丝电阻应变片引线夹紧装置”。

以往操作中，将粘贴好应变片引出线与测量用导线焊接在一起，为了防止电阻丝和引出线被拉断，用胶布将导线固定于试件表面，但固定期要考虑使引出线有呈弯曲形余量和引线与试件之间良好绝缘。

该装置还解决了每次都要大量用胶布粘贴引出线下面构件问题。

该装置可以减小因本来粘贴应变片环节带来实验误差。

　　在贴好应变片之后，先将夹具底座用胶带固定在试件上，六根引线分别放入引线槽中，将夹具上盖压紧，再将定位螺钉拧紧。

此时应变片六根引线已经于夹具连接紧密，由于夹具上盖有金属片引出，单股铜芯线只需用导线夹夹紧即可。

如果测试工件体积较大，测试位置不佳，此时用夹持夹具粘贴连接比较以便，既能较好地固定，又不会由于绝缘胶带粘贴过多而影响实验成果。

因用此夹具实验不多，对夹具可靠性尚有待于观测。