電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)

1、電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)一、實驗?zāi)康?. 初步掌握常溫用電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。2. 初步掌握接線、檢查等準(zhǔn)備工作。二、實驗設(shè)備和器材1. 常溫用電阻應(yīng)變片2. 數(shù)字式萬用表。粘結(jié)劑。4. 電烙鐵、鑷子、沙紙。5. 等強度梁試件，溫度補償塊。6. 丙酮、藥棉等。7. 測量導(dǎo)線若干。三、實驗方法和步驟1. 檢查應(yīng)變片的外觀和電阻（電阻為 200Q±Q）。2. 測點表面的清潔處理：為使應(yīng)變計與被測試件貼得牢 , 對測點表面要進(jìn)行清潔 處理。首先把測點表面用砂紙打磨；使測點表面平整、光潔。用棉花球蘸丙酮擦 洗表面的油污，到棉花球不黑為止。 再用劃針在測片位置處劃出應(yīng)變計的座標(biāo)線。3. 貼片：在測

2、點位置和應(yīng)變片的底基面上， 涂上薄薄一層膠水， 用鑷子夾住應(yīng)變 片，把應(yīng)變片軸線對準(zhǔn)座標(biāo)線 , 上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應(yīng) 變計的長度方向滾壓， 擠出片下汽泡和多余的膠水， 手指保持不動約 1 分鐘后再 放開，注意按住時不要使應(yīng)變片移動，輕輕掀開薄膜檢查有無氣泡、翹曲、脫膠 等現(xiàn)象。4. 貼接線端子片、 焊接：將端子片基地和待貼位置處涂抹上一層膠水， 等貼牢 后將應(yīng)變片的兩個引出線分別焊接到端子片上， 再將兩根導(dǎo)線分別焊接到另外的 兩個端子上，注意不能出現(xiàn)短路的情況。5. 檢查應(yīng)變片是否通路，并測量阻值。四 . 實驗結(jié)果1. 電阻理論值為120Q,測量電阻值均符合要求。一、 應(yīng)

3、變計的選擇1、1/4 橋，儀器調(diào)零困難。同時也受溫度的影響，用手握住導(dǎo)線的變化 就能有1002根線的1/4橋：長的引線會引入電阻導(dǎo)致電橋不平衡，6m長的導(dǎo)線導(dǎo)致電橋不平衡量為29000以上。，儀器調(diào)零容易。也不受導(dǎo)線溫度的影響。3根線的1/4橋:6m長的導(dǎo)線導(dǎo)致電橋不平衡量為4002、應(yīng)變計的長度選擇：要基于應(yīng)力的分布。應(yīng)變測量的是局部區(qū)域的平均，而非某點的微應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)力是線 性分布，應(yīng)變計的長度無影響。應(yīng)力集中時，最好用非常小的應(yīng)變計貼在應(yīng)力集中處， 應(yīng)變計應(yīng) 比應(yīng)力集中點稍大一點。各向異性材料（如混凝土、碳纖維復(fù)合材料等），用長應(yīng)變計在 較大區(qū)域得到平均值。3、應(yīng)變片樣式單向應(yīng)變計：需要知

4、道主應(yīng)力方向； T型應(yīng)變計：也需要知道主應(yīng)力方向； 三片應(yīng)變花：不知道主應(yīng)力方向時，可隨意貼，通過計算可得出最 大最小主應(yīng)力和方向。剪切式應(yīng)變計：用于剪切和扭轉(zhuǎn)。4、應(yīng)變計電阻選擇常用的有120Q、350Q 和 1000Q。電阻120Q350Q優(yōu)占八、應(yīng)變計尺寸小電流低，發(fā)熱功率低成本稍低可大電壓激勵，信號噪聲小疲勞壽命更佳導(dǎo)線的電阻影響更小電池供電更長5、激勵電壓適當(dāng)提高激勵電壓可提高測量的信噪比。但激勵電壓太高時，流過應(yīng)變計的電流 會發(fā)熱，導(dǎo)致應(yīng)變計電阻變化而產(chǎn)生熱輸出。以下情況可使用高的激勵電壓：大應(yīng)變片，散熱好；大阻值應(yīng)變片（小電流，發(fā)熱功率?。┤菀咨岬牟牧希ㄈ玟X材料，可用10V的激

5、勵電壓）二、應(yīng)變計的安裝過程以下的安裝過程是在研討會上進(jìn)行演示，并實際動手照此程序進(jìn)行操作。它是以VMh公司的產(chǎn)品為基礎(chǔ)的，具有一定的參考意義。1、去污劑CSM-2噴到紗布上，擦測試零件，去除油污。2、用320GRIT的砂紙，在粘貼面來回打磨12次。白紙墊在零件下 面。3、在貼應(yīng)變片處涂ConditionerA 調(diào)節(jié)劑，再用320GRIT的砂紙， 在測量面來回打磨12次。將紗布疊成小塊在表面朝一個方向擦一次，再用另一 塊紗布朝相反方向擦一次，扔掉紗布。換一張白紙。4、在貼應(yīng)變片處涂ConditionerA 調(diào)節(jié)劑，用400GRIT的砂紙，在測量面來回打磨12次。將紗布疊成小塊在表面朝一個方向擦

6、一次，再用另一塊紗布朝相反方向擦一次，扔掉紗布。換一張白紙。5、用鉛筆、直尺劃出貼應(yīng)變片的位置。6在貼應(yīng)變片處涂ConditionerA調(diào)節(jié)劑，用棉簽擦掉鉛筆劃的線，將紗布疊成小塊在表面朝一個方向擦一次。7、在貼應(yīng)變片處涂Conditioner5A中和劑，達(dá)到合適的酸堿度， 用棉簽擦拭，將紗布疊成小塊在表面朝一個方向擦一次， 再用另一塊紗布朝相反 方向擦一次，扔掉紗布。換一張白紙8、處理應(yīng)變計的盒子用 Conditioner5A 中和劑滴幾滴，用紗布擦干凈。中和劑倒在紗布上，將鑷子擦干凈。9、取出應(yīng)變計，用膠布將導(dǎo)線固定在盒子上。去掉應(yīng)變計的塑料夾子，用透明膠布將應(yīng)變計和導(dǎo)線粘在一起， 去掉固

7、定導(dǎo)線的膠紙。 用透明膠帶 將應(yīng)變計對準(zhǔn)粘貼位置貼上，注意導(dǎo)線方向。10、用較小的角度揭開膠帶超過中線1cm將快干劑涂在應(yīng)變計背后，晾干 1min。11 、將膠涂在膠帶下面，用紗布將膠向應(yīng)變計方向擠出，用拇指壓住1min。松開手指后再晾1mi n.12、用紙膠帶將導(dǎo)線固定再零件上， 并寫上相應(yīng)的信息： 應(yīng)變計的 型號和靈敏系數(shù)等。13、將透明膠帶以 0 角度由應(yīng)變片向?qū)Ь€方向揭開。 在應(yīng)變計和導(dǎo) 線上涂 MCoat A 的保護(hù)層。14、用應(yīng)變計安裝測試儀 1300檢查安裝質(zhì)量。要求絕緣電阻大于10kMQo0 引言焊接技術(shù)越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個方面， 已經(jīng)成為現(xiàn)代制造的重要 方法。然而隨

8、著焊接技術(shù)的發(fā)展， 人們對于焊接成型過程中精細(xì)控制要求越來越 高。焊縫中的應(yīng)力狀況決定著隨后工件的使用壽命， 但國內(nèi)對于焊縫內(nèi)部應(yīng)力分 布情況討論的不是很清楚， 在理論上也存在著各種分歧。 對于掌握焊縫中應(yīng)力分 布，甚至是焊縫成型過程應(yīng)力實時變化顯得十分重要。Q390 鋼材在建筑中剛剛開始應(yīng)用，綜合力學(xué)性能好，焊接性、冷、熱加工 性能和耐蝕性能較好，但在焊接大型構(gòu)件時卻發(fā)生過焊縫斷裂的案例，在確定 Q390 能否作為大型鋼架的材料的過程中，分析其焊縫應(yīng)力是一切研究討論的基 礎(chǔ)。盲孔法測應(yīng)力是一種常用的應(yīng)力分析方法，操作簡便，技術(shù)成熟。但在實際 試驗中，應(yīng)變片容易損壞，影響試驗進(jìn)度。查閱相關(guān)文獻(xiàn)

9、時，對應(yīng)變片的粘貼、引線連接的討論較少， 實驗誤差也會因為其中的微小差別而變大。 理論分析和實 驗結(jié)果還有一定的差距， 這都需要我們靜下心來細(xì)細(xì)拆解琢磨， 確定一系列比較 安全、規(guī)范的操作細(xì)節(jié)。 本文將結(jié)合實際盲孔法測應(yīng)力實驗出現(xiàn)的若干狀況， 討 論和分析應(yīng)變片的選取、處理、粘貼和引線連接方法。1 盲孔法測應(yīng)力中電阻應(yīng)變片的選擇及預(yù)處理在盲孔法測應(yīng)力的過程中，失敗往往在應(yīng)變片。應(yīng)變片本身脆、薄，稍不注 意就會折斷。 在做實驗的過程中， 需要不斷地用歐姆表測試其電阻， 保證應(yīng)變片 良好有效。 在挑選應(yīng)變片就要格外細(xì)心， 若在試驗后期發(fā)現(xiàn)問題， 整個實驗基本 前功盡棄，需要把應(yīng)變片拿小刀刮去，再用

10、丙酮擦拭，重新貼片。應(yīng)變片的選擇市面上銷售的應(yīng)變片種類繁多， 在實驗之前應(yīng)根據(jù)實驗的特點與需要選擇具 備與之匹配特性及結(jié)構(gòu)的應(yīng)變片。常用金屬應(yīng)變片的具有如下特性：靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)是應(yīng)變片粘貼于試樣表面， 當(dāng)有與其軸線方向平行的單向應(yīng)力作用 其上時，應(yīng)變片阻值的相對變化與試樣表面上應(yīng)變片粘貼區(qū)域軸向應(yīng)變之比。 由 于應(yīng)變柵具有橫向效應(yīng)與基片層變形傳遞失真的原因， 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù) k 恒小于電阻絲的靈敏度 k；橫向效應(yīng)無論是絲繞式、 短接式還是箔片式應(yīng)變片， 其內(nèi)部應(yīng)變柵均有若干縱橫交叉 連接的金屬絲或箔片組成。 當(dāng)應(yīng)變片軸向受拉應(yīng)力并產(chǎn)生應(yīng)變式， 軸向金屬絲或 箔的電阻將增加， 但在垂直于

11、軸向方向上的微段金屬絲或箔產(chǎn)生負(fù)的壓應(yīng)變， 按 泊松關(guān)系，該段電阻減小。所以，同樣長度的金屬絲或箔制成應(yīng)變片后，在相同 的相對應(yīng)變下靈敏系數(shù)降低。零漂和蠕變應(yīng)變片粘貼在試樣表面之后， 在溫度保持恒定切不加載應(yīng)變的情況下， 其電 阻隨時間變化而變化的特性， 稱為應(yīng)變片的零漂。 而在溫度保持恒定， 使其承受 恒定的機械應(yīng)變，其電阻值隨時間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的蠕變。機械滯后應(yīng)變片粘貼于試樣上之后， 在恒定溫度下， 其電阻變化率相對應(yīng)變的加載曲 線與卸載曲線不重合 1 。加載特性曲線與卸載特性曲線的最大差值成為應(yīng)變片 的滯后。最大工作電流和絕緣電阻最大工作電流是指允許通過應(yīng)變片而不影響其正常工作

12、的電流最大值。 使用 較大的工作電流時，輸出信號大，靈敏度高。但電流過大會使應(yīng)變片本身過熱， 改變靈敏系數(shù)，增加零漂、蠕變，甚至燒毀應(yīng)變片。絕緣電阻是指應(yīng)變片的應(yīng)變 柵與粘貼測試試樣之間的電阻值，一般要求在 50-100M Q。絕緣層太薄，絕緣電 阻過低，會造成漏電從而產(chǎn)生測量誤差。而絕緣層太后，雖然防止漏電，卻會減 低應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，增加零漂與蠕變。 鑒于以上重要參數(shù)，在選擇應(yīng)變片時應(yīng)該考慮測試對象的絕緣性、 應(yīng)變釋放速度， 實驗環(huán)境的溫度、濕度，實驗電路參的電流、 接入方式數(shù)等綜合因素挑選應(yīng)變片。 我們實驗的對象為箱式螺柱焊 Q390 大厚板件切割試樣，實驗環(huán)境干燥，應(yīng)變釋 放較慢，使用

13、 YJ-4501 型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀，因此選用了機械工業(yè)部鄭州機械研 究所 型應(yīng)變片。應(yīng)變片的檢查由于生產(chǎn)、運輸環(huán)節(jié)眾多， 試驗中使用的應(yīng)變片很可能存在不同程度質(zhì)量缺 陷或后期損壞。 為了防止選用故障應(yīng)變片而影響實驗進(jìn)程或數(shù)據(jù)精度， 在貼片前 對應(yīng)變片進(jìn)行檢查是十分必要的。外觀檢查。 首先觀察應(yīng)變片整體外觀， 符合要求的應(yīng)變片外觀為正方形， 表 面平整且光滑，基片與覆蓋層貼合良好，沒有氣泡或開裂，六根引出線完整，長 短一致，沒明顯折痕。其次，使用 5 倍觀察應(yīng)變片應(yīng)變柵部分，金屬絲或箔應(yīng) 該粗細(xì)均勻，相互平行，光潔無銹，沒有斷點，沒有搭接。最后進(jìn)行電阻測試， 使用高精度數(shù)字萬用表測量每一組應(yīng)變柵

14、引出的兩根引出線之間的電阻值， 即每 一組應(yīng)變柵的原本阻值與導(dǎo)線的電阻之和。 就我們使用的 型應(yīng)變片而言， 每組 應(yīng)變柵的組織應(yīng)該為120Q,誤差范圍土Q 2。粘貼表面預(yù)處理粘貼表面的質(zhì)量對于應(yīng)變片粘貼的效果有很大影響， 進(jìn)而影響到對于表面應(yīng) 變測量的準(zhǔn)確性， 因此這也是十分重要的一步。 對于應(yīng)變片粘貼表面的要求為清 潔、平整、有細(xì)小的網(wǎng)狀紋路， 這樣可以保證膠水的自由滲透與應(yīng)變片粘貼強度。表面粗清 由于試樣表面常常有氧化層，油污，附著物等，使用砂紙手工去除效率低， 故推薦使用砂輪機進(jìn)行粗清。 使用手持砂輪機配合除銹鋼絲輪， 在粘貼應(yīng)變片處 打磨去表面污物， 再換至 80 目細(xì)砂輪繼續(xù)打磨，

15、直至表面平整， 光滑， 無凹凸， 3 。打磨表面面積約為約為應(yīng)變片面積 8-9 倍。表面清洗在計劃貼應(yīng)變片處使用 100 目金相砂紙沿圓形路線，正反方向交替打磨， 磨去砂輪機打磨留下的較深的不規(guī)則紋路。 再垂直、 水平的雙向交叉打磨， 形成 細(xì)膩的，可見的網(wǎng)狀紋路。 這樣的紋路有利于在粘貼應(yīng)變片時膠水可以更好的浸 潤、滲透進(jìn)粘合面，進(jìn)而提高粘合強度。細(xì)清面積約為應(yīng)變片面積的 3-4 倍。劃定位線如果應(yīng)變片粘貼方向與預(yù)定方向產(chǎn)生偏差， 最終結(jié)算結(jié)果會有較大誤差， 因 此事先劃定定位線是不可忽略的環(huán)節(jié)。 使用直角鋼尺與劃針在預(yù)計粘貼應(yīng)變片處 劃出相互垂直的定位線。 其中一條與焊縫縱向平行， 另一條

16、則與之垂直。 劃線完 畢后使用 100 目金相砂紙打磨劃線部位的毛刺，直至平滑光潔 3 。劃線后清潔 由于之前的打磨會產(chǎn)生細(xì)小的金屬粉末， 因此最后應(yīng)該使用脫脂棉球蘸取丙 酮進(jìn)行擦洗。 擦洗順序由中心到四周， 尤其注意劃線凹槽內(nèi)的金屬粉末。 擦洗過 程中根據(jù)情況更換棉球， 交替擦洗方向。 直至棉球上不再有黑色痕跡為止。 經(jīng)過 清潔的試樣表面凈值 30 秒丙酮即可揮發(fā)完畢，之后切勿用手觸摸，保持清潔， 并在盡量短的時間內(nèi)完成貼片過程 4 。2 應(yīng)變片的粘貼 應(yīng)變片的粘貼是保證應(yīng)變片與試樣保持同步應(yīng)變的關(guān)鍵步驟，要求粘貼準(zhǔn) 確、牢固。 粘貼時先將六條引出線向應(yīng)變片粘貼面的反方向彎曲， 減少引出線被

17、 膠水粘貼在試樣表面的可能性。左手大拇指與食指捏住 45 度引出的一組引出 線，用中指指腹拖住應(yīng)變片，保持穩(wěn)定，應(yīng)變片粘貼面朝向右斜上方。右手向粘 貼面上涂抹 502 膠。涂膠時，膠水出口朝向斜下方，但角度不可過大，防止膠水過量。在擠出少于正 常使用時一滴膠水時，將膠水滴靠上應(yīng)變片粘貼面，之后右手將 502 膠置于桌 上，由同組人員迅速蓋上，防止固化。涂上膠水之后，左手翻轉(zhuǎn)，將粘貼面朝下 貼于事先打磨的預(yù)定位置之上。 迅速的雙手按住應(yīng)變片對角， 調(diào)節(jié)應(yīng)變片位置與 方向，使應(yīng)變片透明部分的方位線與定位線相重合。 取一片玻璃紙， 覆蓋在應(yīng)變 片上，右手食指按在其上， 輕輕施加壓力， 使膠水充滿應(yīng)變

18、片與試樣的間隙。 5-6 秒后，右手食指指肚在玻璃紙上滾動， 將多余的膠水與氣泡從邊上擠出。 單向滾 壓兩至三次后再在垂直方向上進(jìn)行滾壓，確保應(yīng)變片與試樣貼合緊密，無氣泡。 滾壓的時候要注意手指不要移動應(yīng)變片的位置， 且避免將引出線按下去被膠水粘 合。反復(fù)滾壓15s左后，換一張玻璃紙，并用大拇指用力按住，保持 40s，就可 以保證應(yīng)變片粘貼牢固。之后還需要在室溫下固化 24 小時 5 。3 應(yīng)變片引線的連接方法由于電阻應(yīng)變片的六根引線十分纖細(xì)， 在貼片過程中極易弄斷。 如果連接不 到位，接頭微弱的變化電阻都會影響測量出的應(yīng)變值， 從而影響實驗精度。 在實 際連接中既要保證電阻應(yīng)變片的六根引線連

19、接緊密，又要避免六根引線之間短 路，還要給鉆頭夾具留出空位。 因此如何連接應(yīng)變片六根細(xì)引線以保證盲孔法測 應(yīng)力實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就顯得尤為重要。常用金屬導(dǎo)線有單股銅芯線、 7 股銅芯線和 19 股銅芯線，但由于電阻應(yīng)變 片的六根導(dǎo)線只是單根銅引線， 所以連接時需要用單股銅芯線， 以盡量減小連接 難度和實驗誤差。以 PCB 板為載體的錫焊方法事先裁取三塊小塊PCB板，保證PCB板上至少有兩條獨立的金屬線，對應(yīng) 應(yīng)變片上三組應(yīng)變絲。將準(zhǔn)備好的單股銅芯線、裁減下的PCB板、電阻應(yīng)變片的六根導(dǎo)線分別用酒精擦拭。在實驗臺上，先將單股銅芯線按在PCB板上，用錫焊方法連接。 不能長時間加熱， 否則焊點的結(jié)合層

20、超過合適的厚度引起焊點性 能劣化，而且切忌烙鐵頭離電阻應(yīng)變片太近以免燒壞應(yīng)變片的基片， 在保證焊料 潤濕導(dǎo)線的前提下，時間越短越好。在單股銅芯線和PCB板連接緊固之后，用電表測試應(yīng)變片阻值，在確定均在120 歐左右后準(zhǔn)備將 PCB 板與電阻應(yīng)變片的六根引線連接。由于應(yīng)變片此時已經(jīng)貼 在試件上，在與 PCB 板連接時就先要保證六根引線不能折斷甚至是把應(yīng)變片扯 壞。如果試件很小置于工作臺上，則需將 PCB 板用透明膠帶預(yù)固定在試件上， 待連接結(jié)束后清除掉。在焊接引線和PCB板時注意防止虛焊，每焊一根引線后都 要檢測應(yīng)變片， 以防損壞。 如果在大型鋼結(jié)構(gòu)上測試， 應(yīng)變片貼在斜面甚至是垂 直面，在放置

21、 PCB 板時盡量用寬膠帶， 在和引線焊接后不要清除膠帶， 保證 PCB 板能固定在試件上但又不需引線承受來歷，以此保證應(yīng)變片的正常工作。試件上的膠帶如果粘貼過多會影響應(yīng)變片的形變應(yīng)變的釋放，影響實驗精度。使用PCB板作為載體可以大大減少試件上膠帶粘貼數(shù)量，保證試件上干凈整潔，比較美觀。但缺點也是顯而易見的，錫焊連接很容易產(chǎn)生虛焊，而且要防止 電烙鐵的高溫破壞應(yīng)變片， 對操作者要求很高。 每次錫焊焊點大小不易控制， 對 焊點微小電阻的差別引起的誤差難以消除， 最終實驗結(jié)果難以保證。 在對比不同 實驗方法的數(shù)據(jù)，用 PCB 板做實驗所得數(shù)據(jù)跳動較大。直接與單股銅芯線線的絞接法連接先將單股銅芯線端部 3-5cm 的漆皮削去，再用砂紙輕輕打磨，最終酒精擦 拭備用。在交接之前，先大致將線路布置一下，防止六根引線交接后相互疊加。 雙手分別捏住銅芯線和引線， 將兩線端 X 相交，傾斜角度約為 45 度。順勢互攪 2-3 圈，期間保證銅芯線和引線順直。接著扳直兩個先頭的自由端， 將每根線自由端在對邊的線芯上緊密纏繞到線 芯直徑 10 倍長，將多余的線頭減去，修理好切口毛刺即可 6 。試件放在試驗臺上測試時， 應(yīng)變片六根引線因事