KC04040204-m05-电阻应变片的粘贴技术

《传感器及应用》学习辅导电阻应变片的粘贴技术一、实验目的初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。为后续电阻应变测量的实验做好在试件上粘贴应变片、接线、防潮、检查等准备工作。二、实验设备和器材1.常温用电阻应变片，每小组一包20枚。数字式万用表。502粘结剂（氰基丙烯酸酯粘结剂）。电烙铁、镊子、铁沙纸等工具。等强度梁试件，温度补偿块。丙酮、药棉等清洗器材。防潮用硅胶。测量导线若干。三、实验方法和步骤选片：在确定采用那种类型的应变计后，用肉眼或放大镜检查丝栅是否平行，有否霉点、锈点、用数字式万用表测量各应变片电阻值，选择电阻值差在土 0．5欧姆内的 8~10枚应变片供粘贴用。2.测点表面的清洁处理：为使应变计与被测试件贴得牢 ,对测点表面要进行清洁处理。首先把测点表面用砂轮，锉刀或砂纸打磨；使测点表面平整并使表面光洁度达 6。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污， 到棉花球不黑为止。 然后用划针在测片位置处划出应变计的座标线。打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。如果测量对象为混凝土构件， 则须用喷浆方法把表面垫平。 然后同样进行表面打磨清洗等工作。此外，在贴片部位，还得先涂一层隔潮层 ,可采用环氧树脂胶或用铝箔纸，应变计就贴于隔潮底层上。贴片：在测点位置和应变计的底基面上，涂上薄薄一层胶水，一手捏住应变片引出线，把应变计轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变计的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，直到应变计与被测物紧密粘合为止。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，否则需重贴。注意粘结剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。图30-1 应变计的保护4.干燥处理：应变计粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。为此，在贴好片后就需要进行干物联网应用技术专业教学资源库 第1页 /共7页《传感器及应用》学习辅导燥处理，处理方法可以是自然干燥或人工干燥。如气温在 20℃以上，相对湿度在 55％左右时用502胶水粘贴，采用自然干燥即可。 人工干燥可用红外线灯或电吹风进行加热干燥， 烘烤时应适当控制距离，注意应变计的温度不得超过其允许的最高工作温度 ,以防应变计底基烘焦损坏。接线：应变计和应变仪之间用导线连接。需根据环境与试验的要求选用导线。通常静应变测定用双蕊多股平行线。在有强电磁干扰及动应变测量时，需用屏蔽线。焊接导线前，先用万用电表检查导线有否断路，然后在每根导线的两端贴上同样的号码标签，避免测点多时造成差错。在应变计引出线下，贴上胶带纸，以免应变计引出线与被测试件(如被测试件是导电体的话)接触造成短路。然后把导线与应变计引线焊接在一起，焊接时注意防止假焊。焊完后用万用电表在导线另一端检查是否接通。为防止在导线被拉动时应变计引出线被拉坏，可使用接线端子,接线端子相当于接线柱，使用时先用胶水把它粘在应变计引出线前端,然后把应变计引出线及导线分别焊于接线端子的两端，以保护应变计，如图30-1所示。6.防潮处理，为避免胶层吸收空气中的水份而降低绝缘电阻值，应在应变计接好线并且绝缘电阻达到要求后，立即对应变计进行防潮处理。防潮处理应根据试验的要求和环境采用不同的防潮材料。常用的简易的防潮剂可用703、704硅胶。四、实验报告简述贴片、接线、检查等主要实验步骤。画布线图和编号图。五、应变计的选择1.1/4桥，仪器调零困难。同时也受温度的影响，用手握住导线的变化就能有1002根线的1/4桥：长的引线会引入电阻导致电桥不平衡，6m长的导线导致电桥不平衡量为29000以上。，仪器调零容易。也不受导线温度的影响。3根线的1/4桥：6m长的导线导致电桥不平衡量为400应变计的长度选择：要基于应力的分布。应变测量的是局部区域的平均，而非某点的微应变。当应力是线性分布，应变计的长度无影响。应力集中时，最好用非常小的应变计贴在应力集中处，应变计应比应力集中点稍大一点。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。应变片样式单向应变计：需要知道主应力方向；型应变计：也需要知道主应力方向；三片应变花：不知道主应力方向时， 可随意贴，通过计算可得出最大最小主应力和方向。剪切式应变计：用于剪切和扭转。应变计电阻选择常用的有 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 可大电压激励，信号噪声小疲劳寿命更佳 导线的电阻影响更小物联网应用技术专业教学资源库 第2页 /共7页《传感器及应用》学习辅导电池供电更长5. 激励电压适当提高激励电压可提高测量的信噪比。 但激励电压太高时， 流过应变计的电流会发热， 导致应变计电阻变化而产生热输出。以下情况可使用高的激励电压：大应变片，散热好；大阻值应变片（小电流，发热功率小）容易散热的材料（如铝材料，可用 10V的激励电压）六、应变计的安装过程以下的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公司的产品为基础的，具有一定的参考意义。1、去污剂CSM-2喷到纱布上，擦测试零件，去除油污。2、用320GRIT的砂纸，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的砂纸，在测量面来回打磨次。将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，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的砂纸，在测量面来回打磨12次。将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，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、直尺划出贴应变片的位置。6、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用棉签擦掉铅笔划的线，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次。7、在贴应变片处涂Conditioner5A中和剂，达到合适的酸碱度，用棉签擦拭，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，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、处理应变计的盒子用 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。去掉应变计的塑料夹子，用透明胶布将应变计和导线粘在一起，去掉固定导线的胶纸。用透明胶带将应变计对准粘贴位置贴上，注意导线方向。10、用较小的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，并写上相应的信息：应变计的型号和灵敏系数等。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的保护层。14、用应变计安装测试仪 1300检查安装质量。要求绝缘电阻大于 10kMΩ。0引言焊接技术越来越多的应用于生产生活的各个方面， 已经成为现代制造的重要方法。 然而随着焊接技术的发展， 人们对于焊接成型过程中精细控制要求越来越高。 焊缝中的应力状况决定着随后工件的使用寿命， 但国内对于焊缝内部应力分布情况讨论的不是很清楚， 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。物联网应用技术专业教学资源库 第3页 /共7页《传感器及应用》学习辅导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的案例，在确定 Q390能否作为大型钢架的材料的过程中，分析其焊缝应力是一切研究讨论的基础。 盲孔法测应力是一种常用的应力分析方法，操作简便，技术成熟。但在实际试验中，应变片容易损坏，影响试验进度。查阅相关文献时，对应变片的粘贴、 引线连接的讨论较少， 实验误差也会因为其中的微小差别而变大。理论分析和实验结果还有一定的差距， 这都需要我们静下心来细细拆解琢磨， 确定一系列比较安全、规范的操作细节。 本文将结合实际盲孔法测应力实验出现的若干状况， 讨论和分析应变片的选取、处理、粘贴和引线连接方法。一、盲孔法测应力中电阻应变片的选择及预处理在盲孔法测应力的过程中，失败往往在应变片。应变片本身脆、薄，稍不注意就会折断。在做实验的过程中，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，若在试验后期发现问题，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。应变片的选择市面上销售的应变片种类繁多，在实验之前应根据实验的特点与需要选择具备与之匹配特性及结构的应变片。常用金属应变片的具有如下特性：（1) 灵敏系数灵敏系数是应变片粘贴于试样表面， 当有与其轴线方向平行的单向应力作用其上时， 应变片阻值的相对变化与试样表面上应变片粘贴区域轴向应变之比。 由于应变栅具有横向效应与基片层变形传递失真的原因，电阻应变片的灵敏系数 k恒小于电阻丝的灵敏度 k；（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的金属丝或箔片组成。当应变片轴向受拉应力并产生应变式， 轴向金属丝或箔的电阻将增加， 但在垂直于轴向方向上的微段金属丝或箔产生负的压应变，按泊松关系，该段电阻减小。所以，同样长度的金属丝或箔制成应变片后，在相同的相对应变下灵敏系数降低。(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的情况下， 其电阻随时间变化而变化的特性，称为应变片的零漂。而在温度保持恒定，使其承受恒定的机械应变， 其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的蠕变。(4)机械滞后应变片粘贴于试样上之后，在恒定温度下，其电阻变化率相对应变的加载曲线与卸载曲线不重合[1]。加载特性曲线与卸载特性曲线的最大差值成为应变片的滞后。(5) 最大工作电流和绝缘电阻最大工作电流是指允许通过应变片而不影响其正常工作的电流最大值。 使用较大的工作电流时，输出信号大，灵敏度高。但电流过大会使应变片本身过热，改变灵敏系数，增加零漂、蠕变，甚至烧毁应变片。绝缘电阻是指应变片的应变栅与粘贴测试试样之间的电阻值，一般要求在50-100MΩ。绝缘层太薄，绝缘电阻过低，会造成漏电从而产生测量误差。而绝缘层太后，虽然防止漏电，却会减低应变片的灵敏系数，增加零漂与蠕变。鉴于以上重要参数， 在选择应变片时应该考虑测试对象的绝缘性、 应变释放速度，实验环境的温度、湿度， 实验电路参的电流、 接入方式数等综合因素挑选应变片。我们实验的对象为箱式螺柱焊 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，因此选用了机械工业部郑州机械研究所 TJ120-1.5-1.5 型应变片。2. 应变片的检查物联网应用技术专业教学资源库 第4页 /共7页《传感器及应用》学习辅导由于生产、运输环节众多，试验中使用的应变片很可能存在不同程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，在贴片前对应变片进行检查是十分必要的。外观检查。首先观察应变片整体外观，符合要求的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。其次，使用 5倍观察应变片应变栅部分，金属丝或箔应该粗细均匀，相互平行，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的两根引出线之间的电阻值，即每一组应变栅的原本阻值与导线的电阻之和。就我们使用的TJ120-1.5-1.5 型应变片而言，每组应变栅的组织应该为 120Ω，误差范围± 0.1Ω[2]。粘贴表面预处理粘贴表面的质量对于应变片粘贴的效果有很大影响，进而影响到对于表面应变测量的准确性，因此这也是十分重要的一步。对于应变片粘贴表面的要求为清洁、平整、有细小的网状纹路，这样可以保证胶水的自由渗透与应变片粘贴强度。表面粗清由于试样表面常常有氧化层，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。(2) 表面清洗在计划贴应变片处使用 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的较深的不规则纹路。 再垂直、水平的双向交叉打磨，形成细腻的，可见的网状纹路。这样的纹路有利于在粘贴应变片时胶水可以更好的浸润、 渗透进粘合面，进而提高粘合强度。细清面积约为应变片面积的 3-4倍。(3) 划定位线如果应变片粘贴方向与预定方向产生偏差，最终结算结果会有较大误差，因此事先划定定位线是不可忽略的环节。使用直角钢尺与划针在预计粘贴应变片处划出相互垂直的定位线。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的毛刺，直至平滑光洁[3]。(4) 划线后清洁由于之前的打磨会产生细小的金属粉末，因此最后应该使用脱脂棉球蘸取丙酮进行擦洗。擦洗顺序由中心到四周， 尤其注意划线凹槽内的金属粉末。 擦洗过程中根据情况更换棉球，交替擦洗方向。直至棉球上不再有黑色痕迹为止。经过清洁的试样表面净值 30秒丙酮即可挥发完毕，之后切勿用手触摸，保持清洁，并在尽量短的时间内完成贴片过程 [4]。4. 应变片的粘贴应变片的粘贴是保证应变片与试样保持同步应变的关键步骤， 要求粘贴准确、牢固。粘贴时先将六条引出线向应变片粘贴面的反方向弯曲， 减少引出线被胶水粘贴在试样表面的可能性。左手大拇指与食指捏住 45度引出的一组引出线， 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的预定位置之上。迅速的双手按住应变片对角，调节应变片位置与方向，使应变片透明部分的方位线与定位线相重合。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，使胶水充满物联网应用技术专业教学资源库 第5页 /共7页《传感器及应用》学习辅导应变片与试样的间隙。 5-6秒后，右手食指指肚在玻璃纸上滚动， 将多余的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， 确保应变片与试样贴合紧密， 无气泡。滚压的时候要注意手指不要移动应变片的位置， 且避免将引出线按下去被胶水粘合。 反复滚压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]。5. 应变片引线的连接方法由于电阻应变片的六根引线十分纤细， 在贴片过程中极易弄断。 如果连接不到位， 接头微弱的变化电阻都会影响测量出的应变值， 从而影响实验精度。 在实际连接中既要保证电阻应变片的六根引线连接紧密， 又要避免六根引线之间短路， 还要给钻头夹具留出空位。 因此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的准确性就显得尤为重要。常用金属导线有单股铜芯线、 7股铜芯线和 19股铜芯线，但由于电阻应变片的六根导线只是单根铜引线， 所以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 。（1）以PCB板为载体的锡焊方法事先裁取三块小块PCB板，保证PCB板上至少有两条独立的金属线，对应应变片上三组应变丝。将准备好的单股铜芯线、裁减下的PCB板、电阻应变片的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，用锡焊方法连接。不能长时间加热，否则焊点的结合层超过合适的厚度引起焊点性能劣化，而且切忌烙铁头离电阻应变片太近以免烧坏应变片的基片，在保证焊料润湿导线的前提下，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，在确定均在120欧左右后准备将PCB板与电阻应变片的六根引线连接。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。如果在大型钢结构上测试，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，以此保证应变片的正常工作。试件上的胶带如果粘贴过多会影响应变片的形变应变的释放，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。但缺点也是显而易见的，锡焊连接很容易产生虚焊，而且要防止电烙铁的高温破坏应变片，对操作者要求很高。每次锡焊焊点大小不易控制，对焊点微小电阻的差别引起的误差难以消除，最终实验结果难以保证。在对比不同实验方法的数据，用PCB板做实验所得数据跳动较大。（2）直接与单股铜芯线线的绞接法连接先将单股铜芯线端部 3-5cm的漆皮削去，再用砂纸轻轻打磨，最终酒精擦拭备用。在交接之前，先大致将线路布置一下， 防止六根引线交接后相互叠加。 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。接着扳直两个先头的自由