應(yīng)變計粘貼、連接、防護方法簡述
發(fā)布時間：2016-06-09 07:42????? 瀏覽次數(shù)：|
應(yīng)變計粘貼、連接、防護方法簡述 在電阻的各種安裝方法中，粘貼法應(yīng)用最多。應(yīng)變計粘貼質(zhì)量的好壞，是決定應(yīng)變測試成功與否的關(guān)鍵因素之一，因此，粘貼時必須嚴格按照粘貼的工藝流程進行操作。 一、 應(yīng)變計粘貼和防護的工藝流程： （1）應(yīng)變計選擇→（2）膠粘劑選擇→（3）構(gòu)件打磨→（4）表面清洗→ （5）畫線定位→（6）應(yīng)變計清洗→（7）涂敷底膠→（8）應(yīng)變計粘貼→（9）加熱固化→（10）貼片質(zhì)量檢查→（11）引線連接→（12）質(zhì)量檢查→（13）常溫及溫度性能補償→（14）質(zhì)量檢查→（15）性能測試→（16）防護處理。 二、應(yīng)變計粘貼工藝方法 使用不同粘結(jié)劑粘貼應(yīng)變計的工藝是有差異的，這里我們只對其中的一些共同性的內(nèi)容加以介紹。 （1） 應(yīng)變計的準備 應(yīng)變計的準備是指應(yīng)變計的選擇、應(yīng)變計檢查和應(yīng)變計表面處理。應(yīng)變計的 選擇我們在前面已經(jīng)做了專門介紹，這里僅介紹其它兩方面的內(nèi)容。 a. 應(yīng)變計檢查：包括外觀檢查和阻值檢查 外觀檢查主要看基底和蓋層有否破損，敏感柵有否銹斑，引線有無折斷的危 險，敏感柵排列是否整齊，有無短路、缺口、斷柵、劃傷和變形，基底是否有氣泡、皺折、坑點存在。北京發(fā)明專利 測量電阻應(yīng)該精確到0.1Ω。 b. 應(yīng)變計表面處理 應(yīng)變計在使用前，要用脫脂棉浸無水乙醇擦洗，注意兩面都要清洗，對沒有 蓋層的應(yīng)變計，要順著敏感柵的方向輕輕擦洗，洗凈后用紅外線燈或其它烘干裝置烘干備用。 （2） 粘貼表面的處理 為了使應(yīng)變計粘貼牢固，需要對粘貼表面進行機械、化學處理、處理范圍約 為應(yīng)變計面積的3-5倍。 首先除去油污、銹斑、氧化膜、鍍層、涂料等，根據(jù)試件材料選用粒度為220-400#的砂紙進行打磨，并打出與貼片方向呈45°角的交叉條紋，然后用浸有丁酮或丙酮的脫脂棉球清洗打磨部位，并用無水乙醇清洗至棉球上不見任何污漬為止。注意，擦洗時要沿單一方向進行，不要來回交替擦拭。清洗干凈的表面要避免再次污染（如用嘴吹氣）及手觸摸，待溶劑揮發(fā)表面完全干燥后立刻貼片。 為保證應(yīng)變計粘貼位置的準確，可用無油圓珠筆芯或劃針在貼片部位輕輕劃出定位線。劃線時，線不能劃到應(yīng)變計貼片部位下面，避免對應(yīng)變計產(chǎn)生損傷。經(jīng)過劃線的試件表面需用丙酮、無水乙醇、丁酮、三氯乙烷、異丙醇等溶劑對貼片試件表面單項清洗，并及時擦干或烘烤干，避免表面有油污殘留或溶劑殘留，對貼片質(zhì)量產(chǎn)生致命性影響；貼片時， 北京發(fā)明專利盡量保證應(yīng)變計的位置準確，刷膠均勻性，膠量控制適量等；然后蓋上聚四氟乙烯薄膜，用手指均勻擠壓應(yīng)變計，排除多余膠液和氣泡，同時，輕輕撥動應(yīng)變計，調(diào)整應(yīng)變計位置，使其定位準確，真實反映測量點的應(yīng)變。 （3） 底膠處理 許多粘結(jié)劑要求涂底膠，并經(jīng)適當?shù)臒峁袒幚?。底膠面積約為應(yīng)變計面積 的1.5倍。 底膠一般采用與貼片膠相同的粘結(jié)劑，厚度應(yīng)控制在0.01-0.03mm并按相應(yīng)的固化參數(shù)進行充分固化。 在滿足粘合和絕緣強度的前提下，粘結(jié)層（包括底膠）越薄越好，因為這樣可以保持較強的傳遞應(yīng)變能力，減少膠層的不均勻性，降低蠕變和靈敏系數(shù)分散。有些粘結(jié)劑不需要涂刷底膠，如H-600、H-610等，這些粘結(jié)劑的粘結(jié)力強，絕緣強度高，蠕變小，特別適合制造傳感器和精密應(yīng)力分析。 （4） 應(yīng)變計粘貼 應(yīng)變計粘貼是整個貼片過程中最關(guān)鍵的步驟，對測試精度有絕對影響。粘貼 前，對所需的工具、量具（如鑷子、刀片、玻璃板）用丙酮清洗干凈，戴上潔凈的細紗手套，用化妝筆在試件表面貼片部位和應(yīng)變計基底上分別涂刷粘結(jié)劑，稍稍晾干，待膠液略有發(fā)粘時，將應(yīng)變計的中心線對準試件的定位線準確的貼上，蓋上一層聚四氟乙烯膜，沿應(yīng)變計軸線方向用手指滾壓3-4次，排凈氣泡并擠出多余膠液，按所用粘結(jié)劑的要求自然干燥適當時間后揭掉聚四氟乙烯薄膜。注意，帶有引線的應(yīng)變計要從無引線的一端開始揭起，用力方向盡量與粘貼表面平行，以防將應(yīng)變計帶起。 粘貼完畢后，要對應(yīng)變計進行認真檢查，發(fā)現(xiàn)基底有損壞，敏感柵有變形、斷路、短路，貼片位置不正確，有氣泡，局部沒貼上，絕緣強度不夠等問題，應(yīng)及時排除，或鏟除重貼。 （5） 固化 目前國內(nèi)外常用的粘結(jié)劑大多數(shù)都需要加熱固化。溫度、時間和壓力是固化 的三要素，這三者都應(yīng)嚴格按粘結(jié)劑的相應(yīng)固化工藝規(guī)范加以保證。 應(yīng)變計的加壓一般是在其上依次鋪墊聚四氟乙烯薄膜、硅橡膠板，再用夾具 或壓塊加壓，對復(fù)雜型面，可用專門夾具加壓，砂袋、捆扎加壓也常常被采用。 為有效地消除內(nèi)應(yīng)力，一般在卸壓后將溫度升到高出加壓固化溫度30℃左右，保溫1-2小時進行穩(wěn)定化處理，具體的貼片固化參數(shù)可參考相應(yīng)的貼片膠介紹，如H-600，貼片工藝為：初固化，加壓0.1-0.3MPa，升溫至135℃，保溫2小時，然后降溫到室溫卸壓，再升溫至165℃，保溫2小時，后降到室溫即可。 （6） 粘貼質(zhì)量檢查 加溫固化后，對應(yīng)變計的粘貼質(zhì)量要作認真檢查，檢查項目有： a. 應(yīng)變計粘貼前后阻值的變化； b. 絕緣電阻； c. 片內(nèi)是否有殘余的氣泡； d. 貼片位置準確與否； e. 有否斷路、短路或敏感柵變形。 三.組橋或焊接 如果在應(yīng)變計表面焊接，焊接前，應(yīng)用水砂紙或含砂橡皮輕輕擦除焊端表面 殘留膠液和氧化物，并清洗干凈，方便焊接，避免破壞焊端；焊接溫度不能太高（常溫應(yīng)變計不能超過250℃），焊接時間不能太長，應(yīng)迅速焊接，避免高溫對應(yīng)變計焊端產(chǎn)生損傷，降低絕緣強度等。焊接引線應(yīng)采用柔軟，材質(zhì)不能太硬的線材，以免長時間受力時，線材損壞或脫落；盡量在應(yīng)變計焊端和接線端子之間的連接線上留出應(yīng)力釋放環(huán)，避免試件或彈性體長期受力或溫度發(fā)生較大范圍變化時，在連接線上形成內(nèi)應(yīng)力集中，造成引線拉斷，使橋路或電路斷路。 焊接后，助焊劑應(yīng)清洗干凈，不能有殘留，以免對應(yīng)變計的絕緣強度和阻值產(chǎn)生影響。完畢后，應(yīng)對其絕緣強度再次進行測量。 四、性能測試（主要針對傳感器） （1）加載性能測試 傳感器裝夾準確，無松動現(xiàn)象；加載點精準，無移位，最好是點對點加載；加載儀器自動加載，測試儀器采用自動巡檢方式，減少人為因素的影響；線路連接完好，無接觸不良、虛焊等現(xiàn)象。 （2）溫度性能測試 模擬環(huán)境的溫度設(shè)備控溫精度要高，符合傳感器測試要求，無溫度梯度、瞬變等現(xiàn)象；根據(jù)傳感器體積大小確定保溫時間，必須使被測傳感器內(nèi)部溫度均勻、恒定，達到要求的溫度值，避免在傳感器彈性體內(nèi)部產(chǎn)生溫度臺階；濕熱條件下的測試，必須使周圍環(huán)境的溫度、濕度達到規(guī)定的要求。 （3）環(huán)境要求 室內(nèi)環(huán)境條件必須達到國家標準要求，減少環(huán)境對傳感器的影響。 五、防護處理 對已安裝好的應(yīng)變計采取可靠實用的防護措施，是保證應(yīng)變計正常工作，提高測試精度的有效途徑。應(yīng)變計防護的根本途徑，是利用一定的材料或介質(zhì)將應(yīng)變計連同其附件與惡劣環(huán)境隔開，所以首先在應(yīng)變計安裝和使用過程中，謹慎、細心地操作，保持不用手直接接觸就是一種有效的防護措施；其次就是利用涂敷保護層來進行防護，應(yīng)變計的防護一般可選用AZ-709膠，對裸露部份進行防護，要求涂刷均勻，然后覆蓋南大703、704、D04等硅橡膠即可。 應(yīng)變計使用中容易出現(xiàn)的問題和對策 一、 零點漂移 我們知道在應(yīng)變計應(yīng)用中最容易出現(xiàn)，也是最難控制的就是零點漂移，零點 漂移受各種因素的影響，以下我們就詳細進行分析。 （1） 絕緣電阻的影響 絕緣電阻是應(yīng)變計的重要電性能指標，它的大小表現(xiàn)最直接的就是應(yīng)變計的 零點漂移。所謂絕緣電阻就是應(yīng)變計敏感柵與被測構(gòu)件或彈性體之間的電阻，如果絕緣強度降低或較低時，敏感柵和構(gòu)件之間或彈性體之間就會有漏電流產(chǎn)生，進而影響到應(yīng)變計的零點穩(wěn)定性，即為漂移。那么產(chǎn)生這一問題的因素有哪些，如何解決，是我們所關(guān)心的。 a. 應(yīng)變計焊接后，助焊劑未清洗或清洗不干凈，引起絕緣強度下降。因助 焊劑一般是活性好、浸潤性好的材料，利于焊錫和焊端結(jié)合，但它也往往是一種離子物體，如果沒有進行清洗或清洗不徹底，陽離子就會進行遷移，引起絕緣強度不能滿足要求。 b. 應(yīng)變計焊接時由于烙鐵漏電或溫度過高、時間過長，引起應(yīng)變計基底擊 穿，造成絕緣強度下降。針對這一問題，在使用烙鐵時必須對其進行檢測，保證其焊接端的絕緣強度，以避免產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象或?qū)θ松碓斐蓚?；焊接時保證溫度不能超過230℃，短時多次焊接，避免基底產(chǎn)生異化擊穿。 c. 應(yīng)變計受潮造成絕緣強度下降。這一現(xiàn)象主要由于應(yīng)變計應(yīng)用時防護不 好或應(yīng)用過程中環(huán)境溫度過大造成，這種漂移與a較為類似，所以在應(yīng)用過程中，必須要將環(huán)境溫度控制在60%以內(nèi)；在應(yīng)用時必須對應(yīng)變計進行防護，避免水汽侵入，影響應(yīng)變計穩(wěn)定。 d. 應(yīng)變計被刺穿，造成絕緣強度下降。這一問題主要是在貼片或組橋過 程中形成，如有堅硬物體夾持應(yīng)變計或構(gòu)件、彈性體表面毛刺、劃痕等刺穿應(yīng)變計或焊接時烙鐵頭過于尖利刺穿應(yīng)變計等。 （2） 貼片缺陷造成的影響 這一問題主要在貼片過程中形成。 a. 貼片后存在虛空現(xiàn)象，造成應(yīng)變計零點漂移。這一現(xiàn)象主要表現(xiàn)為對光 檢查時，就會發(fā)現(xiàn)應(yīng)變計基底背面有異物感、發(fā)花，同時用軟的物體對應(yīng)變計施加力時，應(yīng)變計電阻值就會發(fā)生變化，而去掉時，阻值很快就會恢復(fù)。而由于虛空，造成應(yīng)變計加電時局部熱量增加產(chǎn)生熱漂移所致。 b. 貼片時膠層太厚或貼片后產(chǎn)生膠棱、鼓包等，造成應(yīng)變計零點漂移。 這一現(xiàn)象主要表現(xiàn)為應(yīng)變計背部有層次感、周圍膠液殘留較多、固化后留有膠棱、鼓包。造成這一現(xiàn)象的主要原因是構(gòu)件表面清洗不干凈有顆粒或膠液涂刷不均勻或膠液過多。 （3） 應(yīng)變計浮柵或密封層脫起，造成應(yīng)變計零點漂移。 a. 應(yīng)變計浮柵。主要表現(xiàn)為側(cè)光觀察應(yīng)變計時，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變計表面有針狀亮 點或用顯微鏡觀察時敏感柵有扭曲現(xiàn)象。造成這一問題可能是環(huán)境溫度過大或清洗溶劑含水量過大，造成應(yīng)變計受潮所致。 b. 密封層脫起。主要表現(xiàn)為密封層有部份或全部脫起，造成這一問題的主 要原因是密封層與敏感柵的粘結(jié)力不夠所造成，引起敏感柵散熱不均勻。 二、貼片后阻值異常 一般情況下，應(yīng)變計貼片后其阻值會有微小變化或不變，但有時用戶會反映 應(yīng)變計阻值發(fā)生很大變化，造成這問題的因素有以下幾點： （1） 加壓固化時加壓力過大，造成貼片后阻值異常，適當降低加壓力，推 薦用戶加壓力范圍0.15MPa-0.3MPa。 （2） 加壓時加壓力不均勻，造成應(yīng)變計敏感柵變形而阻值異常，這一問題 主要是加壓夾具不規(guī)范，使應(yīng)變計受力不均勻所致。 （3） 工裝設(shè)計的曲率半徑與構(gòu)件不吻合，造成應(yīng)變計變形或鼓包而阻值異 常。 （4） 使用一段時間后，阻值發(fā)生異常。這一問題主要是應(yīng)變計內(nèi)部有氣泡 或個別虛空或焊接時有不可靠因素存在等。 三、貼片后表面缺陷 從前述的內(nèi)容中可以看出貼片的主缺陷有虛空、鼓包、膠層不均勻、膠層過厚、膠棱、壓坑、變形等，其中鼓包、壓坑只要不在敏感柵受力部位，均可以使用。針對這些缺陷，一定要在貼片后進行外觀檢查，剔出有缺陷的，保證貼片質(zhì)量。同時應(yīng)對阻值、絕緣電阻進行檢查，以免后道工序的浪費。 電阻應(yīng)變片及其粘貼方法 一、 電阻應(yīng)變片的種類和基本性能 應(yīng)變片的種類很多。有電阻絲式、箔式、半導體、高溫、低溫、溫度自補償 等。電阻值一般為60-1000歐姆。在結(jié)構(gòu)試驗中常用的是電阻絲式應(yīng)變片?，F(xiàn)將幾種應(yīng)變片作一簡要介紹。 （一）電阻應(yīng)變片的種類 1. 電阻絲式應(yīng)變片 電阻絲式應(yīng)變片的材料目前最廣泛使用的是康銅絲及鎳鉻絲（性能見表1）。因其溫度系數(shù)小，電阻系數(shù)大，應(yīng)變靈敏度大，易于加工和焊接。 電阻絲式應(yīng)變片按電阻絲纏繞形式可分為繞絲式和短接式兩種（如圖1所示）。將電阻絲做成所需長度（稱為應(yīng)變片標距），再拐彎幾次。制成格柵狀。通常絲直徑約0.02-0.1毫米。用彈性的膠粘于具有絕緣性的紙片上（稱紙基應(yīng)變片），或膠膜片上（稱膠基應(yīng)變片），在電阻絲始端和末端用錫焊接引出線，以便與電源相連。在電阻絲上蓋有一層強度高、韌性大的香煙紙（紙厚為0.015-0.02mm）或膠膜，也有的在膠膜上再蓋一層細氈，用來絕熱。這種應(yīng)變片價格便宜，易于粘貼，目前在結(jié)構(gòu)試驗中大量采用，其規(guī)格如表2. 2. 箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片用厚為4-10μ的康銅箔或鎳鉻箔片，用照相腐蝕法制成。可制成任何復(fù)雜形狀，尺寸準確，是應(yīng)變片發(fā)展方向之一，但價格稍高。 3. 半導體應(yīng)變片 半導體應(yīng)變片是用硅型或鍺型半導體材料制成的。它的靈敏系數(shù)比絲式片和箔式片約高50倍。但它的電阻應(yīng)變特性非線性較大，并且其溫度系數(shù)很大，價格很貴，操作技術(shù)要求高。除特殊要求外，一般應(yīng)力測量不采用。 常用電阻絲合金性質(zhì) 表1
（二）電阻應(yīng)變片的基本性能 1. 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 貼在構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片，由于構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變。應(yīng)變片產(chǎn)生了微小的電阻變化。電阻變化率（△R/R）與應(yīng)變（ε=△L/L）之比稱為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)（K）。根據(jù)推導，電阻絲單絲的靈敏系數(shù)KS主要與電阻絲材料的波桑比有關(guān)，因而為一常數(shù)。通常所用的柵狀電阻絲應(yīng)變片，由于電阻應(yīng)變片兩端的阻絲有圓弧彎轉(zhuǎn)部分，所以不僅沿電阻絲方向的應(yīng)變能使應(yīng)變片產(chǎn)生電阻變化，而垂直于電阻絲方向的應(yīng)變亦使應(yīng)變片產(chǎn)生部分電阻變化。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。因此應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與電阻絲單絲的靈敏系數(shù)有所不同，但仍接近于常數(shù)。 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)還受應(yīng)變片膠水的影響。通常應(yīng)變片規(guī)格上所寫的靈敏系數(shù)都是工廠抽樣實測的數(shù)值。 為了檢查應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是否正確?？梢栽诩儚澢鷺藴柿海ㄈ鐖D2所示）或懸臂等強度標準梁上用應(yīng)變儀測定。 圖2是純彎曲標準梁裝置的示意圖。以此方法為例說明測定方法如下。 在梁的跨中上下面貼上兩片（半橋兩片工作）要測定靈敏系數(shù)K值的應(yīng)變片，在梁的跨中安置一個千分表測定梁的撓度。由于梁的幾何尺寸是已知的，所以可以推導出跨中撓度與其應(yīng)變的關(guān)系式為：d=εL2/4h 式中：h—為標準梁的高度； L—為標準梁的跨度（見圖2）； ε—為標準梁跨中的應(yīng)變。 如果給梁一個應(yīng)變ε1 ，即可計算出一個相應(yīng)的撓度d1 ，亦即當旋轉(zhuǎn)加荷螺絲使梁產(chǎn)生撓度d1時，則梁上產(chǎn)生一個已知應(yīng)變ε1 。此時，如果將應(yīng)變儀上應(yīng)變讀數(shù)盤對準ε1 ，調(diào)整靈敏系數(shù)K度盤，使儀器達到平衡，則此時K度盤上所指的值即為所測應(yīng)變片的靈敏系數(shù)值K1 。 由于K度盤不易讀準確，通常是將應(yīng)變儀上的K度盤對準任意數(shù)值K任，再讀應(yīng)變值為ε任。根據(jù)應(yīng)變儀的設(shè)計結(jié)構(gòu)原理： △R/R = K1·ε1 = K任·ε任 因此即可算出所求的K1 為： K1 = K任·ε任 / ε1 式中： ε1 —已知梁上的應(yīng)變值，由千分表測定。 K任 —測定時應(yīng)變儀上的靈敏系數(shù)； ε任 —當梁的撓度為d1 時的實測應(yīng)變值（因半橋兩片工作，所以應(yīng)取應(yīng) 變儀讀數(shù)除以2）。 為了減少應(yīng)變片的橫向效應(yīng)，有短接式應(yīng)變片。短接式應(yīng)變片系將應(yīng)變片兩端圓弧彎轉(zhuǎn)部分改用粗短導線連接。此種片橫向效應(yīng)很小，但制造工藝較復(fù)雜。 2. 電阻應(yīng)變片的蠕變 由于固化膠水具有可塑性，同時又受到電阻絲反抗變形的作用，所以當電阻絲變形時，經(jīng)過一段時間后，電阻絲的變形就減小一些，這樣使得試件的應(yīng)變和電阻絲的應(yīng)變不完全一致，相差△ε，如圖3所示。這種現(xiàn)象叫電阻應(yīng)變片的蠕變。 蠕變可用百分比表示： D = △ε/ ε試件×100% 一般情況下，經(jīng)過30分鐘以后△ε基本不變，在一小時內(nèi)蠕變百分比D一般不超過0.1%（儀器、導線的溫濕度誤差除外）。 蠕變大小主要取決于膠水的質(zhì)量及固化的程度。在不同溫度下，不同牌號的膠水，蠕變值也是同的。在室溫范圍內(nèi)一般蠕變較小，在30℃以上蠕變較大，為了消除蠕變現(xiàn)象，在試驗前可以進行幾次反復(fù)加荷。 3. 電阻應(yīng)變片的滯后性 粘貼在試件上的應(yīng)變片，當承受應(yīng)變變化時，其輸出與應(yīng)變之間的往復(fù)路線不完全相同。是一個封閉曲線，如圖4所示，這種現(xiàn)象稱作應(yīng)變片的滯后性。 應(yīng)變片的滯后現(xiàn)象與應(yīng)變片的特性和粘貼技術(shù)以及被測試件的材料等因素有關(guān)。經(jīng)幾次反復(fù)加荷后，滯后現(xiàn)象可以減小。 4. 電阻應(yīng)變片的溫度特性 應(yīng)變片中的電阻絲，不僅因應(yīng)變產(chǎn)生電阻變化，由于溫度變化也會引起電阻 的變化，電橋產(chǎn)生與溫度成比例的輸出。這個現(xiàn)象叫熱輸出或稱溫度引起的零點漂移。所以在測量應(yīng)變時必須考慮溫度補償。鎳鉻絲應(yīng)變片如試驗中工作片與補償片之間溫度相差1℃，就要產(chǎn)生200με。但康銅絲應(yīng)變片的溫度影響較小。還有由于試件和應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)不同，電橋亦會產(chǎn)生熱輸出。目前，溫度補償一般是采用在電橋內(nèi)接溫度補償片的方法。溫度補償片貼在與試件相同材料但不受力的試件上。另外一種方法是采用溫度自補償片。在國內(nèi)，這種溫度自補償片正在逐步推廣使用。 （三）電阻應(yīng)變片的選擇 電阻應(yīng)變片種類繁多，在實際使用時，按測量的要求選用。一般從以下幾方面來考慮： 1.測量時的溫度范圍 對紙基應(yīng)變片，使用極限溫度一般不超過60℃。對于膠基應(yīng)變片、箔式 應(yīng)變片和半導體應(yīng)變片。最高使用溫度一般為100℃。 2.測量的環(huán)境條件 選擇應(yīng)變片時要考慮應(yīng)變片的防潮問題。在潮濕情況下使用應(yīng)變片應(yīng)盡可能選用膠質(zhì)基底應(yīng)變片。 3.應(yīng)變片標距的選擇 對于均勻材料（如鋼、有機玻璃等）作成的試件，可選用標距為5-10毫米的應(yīng)變片。對于非勻質(zhì)材料（如混凝土）的試件，應(yīng)變片的標距應(yīng)大于混凝土骨料最大粒徑的3-4倍。一般采用的標距為40-150毫米。對混凝土試件采用過小標距的應(yīng)變片會產(chǎn)生較大的誤差（見圖5）。 4.應(yīng)變片電阻值的選擇 應(yīng)變片的電阻值，小標距片通常為117-125歐姆，長標距片為300-600歐姆。所選應(yīng)變片的阻值應(yīng)在應(yīng)變儀使用的阻值范圍內(nèi)，例如國產(chǎn)YJ-5型靜態(tài)應(yīng)變儀使用應(yīng)變片的阻值范圍為100-600歐姆。 另外根據(jù)電橋的供電橋壓的大小和應(yīng)變片阻值，校驗應(yīng)變片的最大電流，一般應(yīng)變片的最大允許電流可參考表3. 應(yīng)變片允許電流參考表 表3
二、電阻應(yīng)變片使用的粘接劑 （一）電阻應(yīng)變片使用的粘接劑的選擇原則 應(yīng)變片粘貼在試件上，試件產(chǎn)生的應(yīng)變是通過粘接層傳遞到電阻絲上的。由于環(huán)境的溫度、濕度等因素的影響，粘接劑種類的不同，可能產(chǎn)生粘接層軟化，收縮或膨脹，從而使應(yīng)變傳遞發(fā)生變化。為了使應(yīng)變片能接受到實際的應(yīng)變，保證測量精度，必須重視粘接劑的選擇。選擇粘接劑一般考慮以下因素： 1.粘接劑能使應(yīng)變片與試件粘接牢固，操作簡單。 2.粘接后，較短時間里粘接層即具有較大的剪切強度。 3.不含雜質(zhì)，化學穩(wěn)定性能好，蠕變小。即使長期使用，粘接強度不變。 4.粘接劑干燥或固化后，電氣絕緣性能好，溫濕度變化時絕緣性能變化小。 5.在變形過程中，必須有很高的抗拉能力。其彈性模量應(yīng)大于電阻絲的彈性模量。 6.對試件表面無腐蝕性及溶解性。 （二）目前土建試驗中常用的幾種粘接劑 1.硝化纖維類粘接劑 硝化纖維粘接劑即是賽潞潞膠。這是一種熱可塑性的粘接劑?？扇苡诙鄶?shù)有機溶劑（酒精、丙酮）中。應(yīng)變片的粘接靠溶劑蒸發(fā)，以得到必要的粘接強度。這種粘接劑在常溫下便能干燥。但是，為了促進干燥，可根據(jù)溶劑的沸點，用較低的溫度進行加熱。使用溫度范圍是-50—+80℃。但這種粘接劑吸濕性稍大，由于吸水或吸濕，使粘接層膨脹，絕緣低。如在混凝土上使用，要涂底層。這種膠的配方很多，我們過去采用的配方是：硝化纖維片2克，乙酸乙脂30克，乙酸丁脂12克。但目前我們很少使用。北京西城區(qū)半導體器件廠采用這類膠制作應(yīng)變片，其配方為：硝化纖維片8%,松香2%，丙酮30%，稀料（香焦水）30%，乙醚30%. 2.環(huán)氧樹脂類粘接劑 環(huán)氧樹脂膠是用環(huán)氧樹脂，摻入固化劑加熱聚合的。它與其它樹脂膠相比，粘貼的材料范圍廣，品種多。 這種樹脂固化時體積變化小，特別是常溫固化時，收縮量很小。因選用的樹脂種類和固化劑的不同，其固化過程的溫度要求也不同，分為常溫固化及加熱固化兩種。固化后粘接層抗剪強度為1-2㎏/m㎡，加熱固化的粘接強度較大。這種粘接劑對紙基和膠基應(yīng)變片及箔式應(yīng)變片均適用。它適合于所有金屬（但對含炭量多的鑄鋼，石墨等其粘接力很低）、玻璃、塑料（聚四氟乙稀、氯乙稀、聚乙稀等除外）、瓷器等材料，均有良好粘接性能。這種粘接劑吸水率比較小，耐化學侵蝕性能好，可做防潮劑。 粘接劑由于使用的固化劑種類不同，其耐熱性能也不同，一般耐熱溫度為70-140℃。耐熱溫度高的粘接劑，其固化過程所需要的溫度也高，固化時收縮量也大。若在粘接劑中摻入適當?shù)奶盍蠒r,其固化時的收縮量可以減小，同時提高了熱傳導系數(shù)和抗剪強度。我們試驗室所用6101#環(huán)氧樹脂是屬于常溫固化類的，使用的固化劑有低分子聚酰胺和乙二胺（固化劑）加二丁脂（增韌劑）兩種。用聚酰胺做環(huán)氧樹脂固化劑，可以起增塑柔韌作用，比用乙二胺作固化劑的固化時間長，所以可以給人以較長操作時間（約40分鐘），而且，由于低分子聚酰胺用量的百分比范圍較寬，對稱量準確的要求不高，便于配制。此種配膠無揮發(fā)物質(zhì)，所以固化后不留下孔洞，絕緣好，并且具有良好的抗腐蝕性、耐水性、耐磨性、化學穩(wěn)定性。在常溫下固化，可以不用紅外線燈烤。此種粘接劑的配方見表4。 另外，我們還用“914”室溫快速固化環(huán)氧粘接劑，它由新型環(huán)氧樹脂和新型胺類固化劑組成：該粘接劑分為A、B（即樹脂、固化劑）兩部分。使用非常方便，只要近似按比例擠出混合使用即可。絕緣、防潮均好。 3.氰基丙稀酸類粘接劑 目前使用的501膠、502膠是屬于氰基丙稀酸類粘接劑。它是一種不含溶劑的無色透明的液體，流動性好。是在常溫下吸收空氣中的微量水份進行固化。使用時僅用手指加壓0.5-1分鐘便能固化。所以現(xiàn)場使用很方便，短時間內(nèi)可粘貼數(shù)量較多的應(yīng)變片。不論是紙基片、膠基片、或箔式應(yīng)變片均可以使用。但作長時間的應(yīng)力測定或反復(fù)作用的應(yīng)力測定時，其粘接力多少有些下降，防潮性稍差些。 4.其它類粘接劑 如BΦ-2膠、BΦ-4膠、BJI-2膠、BJI-4膠等，因要加溫固化，使用不方便。 常用聚合型粘接劑 表4
三、電阻應(yīng)變片的粘貼方法 （一）電阻應(yīng)變片的檢查 在粘貼電阻應(yīng)變片以前，首先要對應(yīng)變片的質(zhì)量和主要參數(shù)-電阻值、靈敏系數(shù)等進行檢查。 1.外觀質(zhì)量檢查 應(yīng)變片的外觀質(zhì)量檢查，可用放大鏡來檢查應(yīng)變片的電阻絲（或電阻柵）是否平直均勻，片內(nèi)有無氣泡、霉斑、銹點等缺陷，特別要注意絲柵圓角彎頭處是否規(guī)則，否則測定時將會引起較大的誤差。 2.電阻值檢查 先用萬用表的歐姆擋檢查應(yīng)變片有否斷線或短路，然后用惠斯登電橋測量其電阻值。所測量電阻值與名義電阻值之差應(yīng)小于±0.5%，如超過此誤差值時，很可能應(yīng)變片中電阻絲已經(jīng)開始發(fā)霉，焊接觸點存在問題，或有隱患，不能使用。 將測量后的應(yīng)變片，在靈敏系數(shù)相同條件下，按電阻大小進行分組。當每組應(yīng)變片采用同一公共補償片時，其電阻值之差不宜大于1歐姆，而補償片的阻值應(yīng)取中值，以免應(yīng)變儀的橋臂阻值相差太大而不能進行預(yù)調(diào)平衡。 3.靈敏系數(shù)的檢查 如果為了提高測量精度，對每批應(yīng)變片的靈敏系數(shù)值宜進行檢查測定。測定方法如前述。 （二）電阻應(yīng)變片的粘貼方法 為了保證應(yīng)變片和試件表面粘貼牢固，試件變形時兩者不發(fā)生任何滑移，必須認真貼片。不同類型的應(yīng)變片，不同類型的粘接劑及被貼試件材料的不同，粘貼的方法也不同，但粘貼的工序基本相同，大致如下： 1.處理試件表面 （1）平整試件表面 在制作試件時最好對試件表面提出質(zhì)量要求，如混凝土澆注時，在測點范圍內(nèi)不應(yīng)有麻面和氣孔。石膏和砂漿制作的試件不應(yīng)有浮漿。如果沒有達到上述要求時（如有麻面），不宜用水泥砂漿抹平，最好改變測點位置，不然就得用噴漿方法墊平。對石膏和砂漿試件，要將浮漿去掉。然后用手提砂輪將表面磨去薄薄一層（厚1-2mm），再按一般方法將試件打磨到用手撫摸很平整，無凹凸現(xiàn)象為止。鋼材試件表面的鐵銹可用手持式電動砂輪、舊砂輪塊、鋼銼刀、鋼絲刷等去銹。去銹的長度應(yīng)比應(yīng)變片兩端各長2-3厘米。螺紋鋼在不損傷有效面積的條件下，磨去幾個螺紋，并沿圓周均勻去銹。用2#-3#鐵砂布打磨，然后再用0#鐵砂布將貼片位置表面打磨到▽3-▽4的加工精度，做到表面無銹斑、銹點、凹凸痕跡為止。鋼材表面如太粗糙應(yīng)變片不易貼好，太光滑由于磨擦力不夠，應(yīng)變?nèi)菀状蚧?。最好?0#鐵砂布在表面輕輕打出交叉的45°斜紋，對應(yīng)變片的粘貼牢度及提高測量精度很有幫助。若打磨后不是立即進行貼片，則應(yīng)在上述表面涂上凡士林或黃油以防銹。 （2）清洗試件表面 試件表面磨好以后，用丙酮、無水酒精進行清洗，如表面有油垢及銹時，應(yīng)先用汽油洗去，然后再用丙酮、酒精清洗。最后單方向清洗一次，至白紗布上沒有黑的痕跡為止。有機玻璃上不能用丙酮清洗。待其上溶劑完全揮發(fā)后再進行貼片。 （3）底層 在混凝土、石膏與砂漿上粘貼應(yīng)變片時，應(yīng)先用環(huán)氧樹脂膠做隔潮層，配方 可參照前面表4.底層的厚度為0.5-1mm，待底層完全干燥后用鐵砂布將其表面磨平。 另外也可將鋁箔紙（香煙錫紙，鋁箔紙等）剪成小條，預(yù)先貼在貼片位置上（包括引出線部分），做隔潮層。然后按一般方法貼片。 2.劃線 根據(jù)試驗方案，在試件上畫出每個測點的縱向和橫向中心線。在應(yīng)變片兩端也要畫出縱向中心線，該線應(yīng)與電阻絲平行，而不是與應(yīng)變片的基底平行。 3.貼片 由于采用粘接劑不同，貼片的工藝也有差別。這是著重介紹一下502膠及環(huán)氧樹脂膠的貼片工藝。 （1）502膠使用方法 在混凝土和鋼材等金屬表面上，均可使用502膠粘貼應(yīng)變片。貼片前，先剪好聚乙烯薄膜（比應(yīng)變片大2-3倍），把應(yīng)變片放在薄膜上，在應(yīng)變片和試件表面上分別涂502膠。應(yīng)變片上膠水不宜過多，以浸透為準。在空氣中暴露一段時間（約30秒）后，把應(yīng)變片放在欲貼位置上，用手指把膠水從一端趕到有引出線的一端，然后放上海綿，用夾子夾住，或者在海綿上放木板用1-2㎏重物加壓，過數(shù)分鐘即可去掉。聚乙烯薄膜因與502膠不粘接，可在502膠固化后取下。一般在室內(nèi)放置24小時后即可做試驗。 操作時注意事項： a.應(yīng)變片正、反面不要搞錯（正面有引出線），貼片時在應(yīng)變片反面涂膠，與試件相粘貼。 b.502膠固化很快，所以粘貼動作要迅速，以免暴露時間過長，膠水固化，粘貼不牢。 c.502膠防水性能差一些，所以不宜用于鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋上貼片。 d.膠水粘到手上時，可用硝基甲烷，二甲基甲醯胺，丙酮溶掉，如不慎濺于眼內(nèi)，切忌用水沖，可涂油質(zhì)眼藥膏即可脫落。 （2）環(huán)氧樹脂膠使用方法 根據(jù)前面表4配方，進行配膠。在試件表面貼片位置和應(yīng)變片背面都涂上一層膠，把應(yīng)變片貼在欲貼位置上，然后，蓋上聚氯乙烯薄膜，用手指把膠從一端趕到有引出線一端，放上海綿用夾子夾住，或重物加壓，等膠基本固化后再拿掉。在用手撳的時候，膠的厚薄要勻，不能太厚，一般貼片后48小時如果絕緣大于500MΩ即可做試驗。 操作時注意事項： 配膠時要注意加藥劑的順序，環(huán)氧樹脂中要先加增潤劑，后加固化劑。反之，將無法調(diào)制。隨配隨用，配好后要馬上使用，一次最好不要超過100克，以免超過固化時間，使用不完，造成浪費。 4.干燥 如果粘貼應(yīng)變片的膠水干燥不好，則不能保證應(yīng)變片與試件共同變形。同時應(yīng)變片的絕緣電阻也將下降，使讀數(shù)產(chǎn)生漂移，因此，應(yīng)變片貼好后，必須進行干燥處理。 應(yīng)變片干燥方法大致可分為兩種：一種是自然干燥，另一種是人工干燥。采用人工干燥的方法進行烘烤，應(yīng)進行一段自然干燥后再進行。如502膠可在貼片2-4小時后采用人工干燥方法。環(huán)氧樹脂膠可在貼片12小時后再進行人工干燥。 （1）常溫空氣中自然干燥 在溫度＞15℃和相對濕度＜60%時，可進行自然干燥，此法需要時間長（約48小時） （2）人工干燥 當室溫低于15℃和相對濕度＞60%時，必須用人工干燥。 a.吹風機干燥 用吹風機干燥時，熱量比較集中，烘干時間短，溫度在40-50℃時只需一小時。吹風機離應(yīng)變片距離不要太近，否則由于應(yīng)變片過熱而使應(yīng)變片基底烘焦而損壞。 b.烘箱中干燥 烘箱中的熱量比較均勻，一般在40-50℃時只需2-3小時即可，缺點是耗電 量大，僅適用于小試件的干燥。 c. 紅外線燈干燥 用紅外線燈泡烘烤熱量比較均勻，使用方便。并且可以同時烘烤許多片，效 率高。用250W的紅外線燈泡，離應(yīng)變片20厘米左右，溫度在40-45℃，一般3-4小時即可烘干，如果絕緣未達到要求時，可繼續(xù)增加烘干時間。 注意事項： 烘烤前，在應(yīng)變片引出線下面，貼絕緣滌綸膠紙或絕緣膠布，焊接好引出線，并把它固定好后，進行烘干。當絕緣符合要求后，立即進行防潮處理，以防空氣中的潮氣再度浸入應(yīng)變片，至使絕緣度降低。 5.絕緣檢查 應(yīng)變片與試件之間的絕緣電阻是保證測量穩(wěn)定性的重要指標之一。如果測量時間短，空氣濕度在60%以下時，絕緣電阻應(yīng)在100MΩ以上。如測量時間長，空氣相對濕度在60%以上時，絕緣電阻應(yīng)在200MΩ以上。對靜態(tài)測量要求絕緣電阻值至少大于150MΩ。而動態(tài)測量至少大于100MΩ。 可用兆歐表或電壓不大于100V搖表測量試件與應(yīng)變片之間的絕緣電阻。不能用500V的搖表測量，以免擊穿應(yīng)變片。如果應(yīng)變片的絕緣電阻較低，而又無法再進行烘干處理（如預(yù)埋鋼筋上的應(yīng)變片）時，可用應(yīng)變儀進行檢查。將應(yīng)變片接入應(yīng)變儀，通電三分鐘后，觀察其讀數(shù)漂移值。如果漂移值小于5με時，應(yīng)變片還是可以使用。 6.焊線 測點的讀數(shù)值不穩(wěn)定，往往是因為焊接不良引起，所以要求焊點要清潔光滑，無假焊。在焊接之前，將兩個引出線向兩邊彎曲分開，以免短路。在導線與引出線之間要用接線端子。接線端子可用502膠，環(huán)氧樹脂膠或聚醋酸乙烯乳膠粘貼固定，這樣可以保護應(yīng)變片引出線不被拉斷。焊接時最好用松香或焊錫膏做焊劑，不要用焊錫油。焊接后要用丙酮擦凈接線端子上的焊劑，以免影響測量的穩(wěn)定。 7.表面防潮 當環(huán)境濕度較大時（相對濕度超過60%），或試件需要保存較長時間后重復(fù)進行試驗時，對應(yīng)變片采取防潮措施以保證應(yīng)變片正常工作。防潮應(yīng)在絕緣檢查合格后進行。天氣干燥時如果在一周之內(nèi)使用，可以不做防潮處理。防潮部位包括應(yīng)變片引出線，接線端子。防潮劑的選擇是根據(jù)試驗環(huán)境的相對濕度來決定，可參照表5. 當應(yīng)變片與水不接觸時，可用石蠟、松香、凡士林、機油等做防潮劑。涂敷時溫度不能太高，約40-50℃。 當應(yīng)變片要與水接觸時，可采用環(huán)氧樹脂膠及火漆加酚醛清漆做防潮劑。 防潮劑涂刷厚度1-2mm，面積比應(yīng)變片四周寬5mm左右，如圖5所示。 常用防潮劑 表5
8.導線編號 在防潮處涂好后，要用萬能表測量一下每個應(yīng)變片的電阻值，然后在導線兩頭編上號。為了避免混亂，導線的編號盡量與分線箱序號相同。 四.鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋貼片的防潮方法 為了測定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋之應(yīng)力，往往需要在鋼筋上貼片，這就必須解決應(yīng)變片的防潮問題。我們經(jīng)過反復(fù)實踐證明，采用常溫固化環(huán)氧樹脂涂料，作為應(yīng)變片的防水材料是比較好的。使用的固化劑，多數(shù)是用低分子聚酰胺，很少采用乙二胺加二丁脂。配方見表4。貼片時采用半固化狀態(tài)環(huán)氧樹脂膠，封絕緣時，首先采用半固化狀態(tài)環(huán)氧樹脂膠，最后用全固化狀態(tài)環(huán)氧樹脂膠，來提高防水性能。這種防潮劑的拌和工藝和涂敷工藝如下： 1.拌和工藝 （1）環(huán)氧樹脂配制時的溫度最好在35℃-40℃左右。如果冬天使用時，可將環(huán)氧樹脂盛于敞口容器中，放入烘箱內(nèi)（或紅外線燈，吹風機，電爐等）加溫，待氣泡全都跑掉后取出，然后再自然冷卻到35-40℃。 （2）用精度0.1克的天秤，按配合比稱一定數(shù)量環(huán)氧樹脂，和一定數(shù)量低分子聚酰胺，用玻璃棒沿一個方向均勻攪拌即可使用。 （3）如摻加二丁脂和乙二胺的話，要把先稱好的二丁脂倒入樹脂中，用玻璃棒沿下一個方向攪拌，待樹脂與二丁脂混合均勻后，用滴管按配方用量滴入固化劑乙二胺，再用玻璃棒沿下一個方向攪拌，至樹脂變稀即可使用。 2.涂敷工藝 （1）貼片 在應(yīng)變片正、反面涂上環(huán)氧樹脂膠，按貼片工藝將應(yīng)變片貼好，測量絕緣，在絕緣500MΩ后方可進行第二步。 （2）焊接引出線 在應(yīng)變片引出線上焊接一段導線，導線約長20-30公分，導線截面盡量要小，防水性要好，同時又要堅固，我們一般采用SBVVP型7/0.15聚氯乙烯絕緣屏蔽線。先用細鐵絲把導線固定在鋼筋上，在應(yīng)變片引出線和導線下的鋼筋上裹一層漆綸膠布，把綁扎好的導線焊到應(yīng)變片引出線上，引出線不宜留得太長，以免封絕緣時斷線。用環(huán)氧樹脂膠把焊點固定好。這時要測量絕緣電阻和應(yīng)變片的電阻值。如果應(yīng)變片引出線碰上鋼筋，或兩個引出線相連接時，及時處理還得及。 （3）環(huán)氧樹脂膠固化后，如果絕緣電阻大于500MΩ，應(yīng)變片的電阻值也正常，再用黑膠布或白布帶浸透半固化狀態(tài)環(huán)氧樹脂膠，纏繞一層，等固化后，再用全固化狀態(tài)環(huán)氧樹脂膠浸透黑膠布，纏繞第二層，最后在外面均勻涂一層全固化樹脂膠。由于固化的環(huán)氧樹脂膠和混凝土不好粘接，所以要求在環(huán)氧樹脂膠未固化時，外表撒上石英砂或干的細砂，以保證鋼筋和混凝土的握裹力。涂敷的膠不宜太厚，封絕緣的長度要盡量短，但要保證潮氣進不去，一般控制在6-7公分，不超過10公分，否則，混凝土的握裹力將受到影響。待環(huán)氧樹脂完全固化，絕緣電阻在1KMΩ以上，方能打入混凝土內(nèi)。如絕緣太低，又急需打入混凝土，可用紅外線燈烘烤，短鋼筋可放在烘箱里烘烤。 注意事項： a.在封絕緣過程中，用吹風機加溫，能使環(huán)氧樹脂膠柔軟，便于操作。 b.在操作過程中的每個細小環(huán)節(jié)都要十分謹慎，隨時用萬用表測量應(yīng)變片是否斷路和短路，發(fā)現(xiàn)后及時補救。 c.此種工藝的關(guān)鍵是引出線的地方，如果處理不好，潮氣往往從這里進去，因此在纏繞膠布時要裹緊，充滿膠。 d.在后張法縱向預(yù)應(yīng)力筋上貼片時，貼片位置要沿縱向錯開25-30公分。以免在同一斷面附近應(yīng)變片集中過多，施工不方便。 e.鋼筋上所貼應(yīng)變片最好用膠基片，應(yīng)變片的尺寸要適宜，Φ6以下鋼筋，選用的應(yīng)變片柵寬要在3毫米以下，這樣方能使應(yīng)變片緊密貼在鋼筋上。 上述防潮方法的優(yōu)點是：防水性能好，絕緣電阻高，一般在1-2KMΩ左右。但敷設(shè)工藝較麻煩。 |
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