粘贴与防护

5.3　电阻应变片的选用、粘贴与防护

5.3.1　应变片的选用

5.3.1.1　几种常用应变片的优缺点

5.3.1.1.1　箔式应变片

1.箔式应变片的优点

(1)箔式应变片的敏感栅薄而柔软，易于传递应变，栅条的横向部分宽度比纵向部分宽度大得多，因而横向效应系数小。

(2)箔式应变片的栅条均匀、尺寸准确，故性能稳定，灵敏系数的分散性小。现已能制成标距小至0.2mm的箔式片和敏感栅图案特殊的应变片，如用于测扭距的应变片，用于测薄膜应力的应变片等。

(3)箔式应变片的表面积大，易于散热可允许通过比丝式应变片大几倍的电流，因而可获得较大的输出信号。

(4)箔式片的蠕变和机械滞后特性也优于丝式片，绝缘电阻高于纸基片，耐湿性能也优于纸基片。

(5)箔式片特别适于常温下的静、动态应变测量和制作传感器。

2.箔式应变片的缺点

由于箔栅的投影面积大，高温下的漏电流大，故不适于高温下的应变测量。

5.3.1.1.2　绕线式应变片

它是最早出现的应变片形式，敏感栅用直径为0.02～0.05mm的应变合金丝材绕制而成，以纸为基底，用挥发型有机粘结剂将丝栅与基底粘合而成。其优点是制造简便，既可手工生产，也可半机械化生产。其缺点是:绕线式应变片难以制成小标距应变片，横向效应系数较大，工作特性分散性较大，且纸基易吸潮，使用温度也低于箔式片。因此，绕线式应变片已很少在常温下使用，仅在中、高温应变片中尚采用这种形式。

5.3.1.1.3　短接式应变片

敏感栅的纵向是应变合金丝材，横向是较粗的铜丝。纵横交叉点熔焊连接，按规律切断一部分铜丝使之成为栅状，然后粘上基底制成。短接式应变片的优点是横向效应系数小，缺点是制造较麻烦，由于焊点多，故疲劳寿命低。因此，短接式应变片主要用于温度自补偿应变片。

5.3.1.1.4　半导体应变片

将半导体材料沿一定方向割成细条作敏感栅，焊上内、外引线，粘上基底制成。半导体应变片的优点是:灵敏系数大，约是金属栅应变片的50倍，这意味着在相同的应变水平下，可获得比金属栅应变片大50倍的信号，可使测量电路大为简化，这在航空航天领域是至关重要的。半导体应变片的缺点是:灵敏系数的非线性大，且拉、压时的灵敏系数不相同;电阻温度系数也比金属栅的大50倍左右使温度补偿困难。此外，半导体材料柔软性差，不能粘到曲面上。这些问题都限制了半导体应变片的应用。当前半导体应变片仅用于制作传感器和在特殊条件下进行力学量的测量，并要采用特殊的电路进行非线性补偿。

5.3.1.2　应变片的选用

应变片的种类、规格很多，只有选用合适的应变片，才能获得最佳的测量结果。一般应遵循以下的选用原则:

1.应变片标距的选择

在均匀应变场或应变梯度小的构件上测量，应采用标距为3～10mm的中标距应变片，中标距应变片比其他标距的应变片性能要好且分散性较小。在应变梯度大或有应力集中的测量区域测量，应选用小于3mm的小标距应变片，以获得更接近于测点真实应变的测量值。在非均质材料上测量，应选用长标距的应变片。如在混凝土构件上测量，应变片的标距应大于混凝土骨料颗粒直径的4倍。在闸门测试中，中标距应变片用得较多，个别位置也用小标距应变片。

2.基底的选择

基底的材料决定了应变片的工作温度，不能超过允许温度范围使用常温片，也不能将中、高温应变片在常温下使用，前者会损坏应变片或导致大的测量误差，后者不仅不经济，其测量精度也低于常温片。在闸门测试中，一般都采用常温片的基底材料。

3.敏感栅个数的选择

在单向应力状态下测量，用单轴应变片;在平面应力状态下主应力方向已知时，用二轴90°应变花测量，应变花的二轴沿主应力方向粘贴;在平面应力状态下主应力方向未知时，用三轴45°或60°应变花。

4.电阻值的选择

用于应变测量，应选用120Ω的应变片，因应变仪的电桥是按120Ω桥臂电阻设计的，采用其他阻值时，对测量结果要进行修正。如用于制作传感器，且有配用的二次仪表测量，可选用高阻值的应变片。此时，可提高供桥电压，以获得大的输出信号，使仪器简化。同一电桥上使用的应变片或采用公共补偿的一组应变片，其阻值相差最好小于0.2Ω，以便电桥预调平衡。在曲面上粘贴应变片时，应变片的阻值就会发生变化，凸面会使应变片电阻值增大，凹面会使应变片阻值减小，且曲率越大，电阻改变也越大，这点应予以注意，以免造成电桥不能平衡。

5.材料的选择

在长期的应变测量中或是制作应变式传感器，应选用胶基箔式应变片，敏感栅材料应是康铜(铜、镍合金)或卡玛(镍、铬、铝、铁合金)等应变合金，这两种合金的电阻温度系数小，故受环境温度影响也小。

5.3.2　电阻应变片的粘贴与防护

应变片的粘贴预防护是应变片测量中的重要环节，是获得高精度测量结果的基础，应予以特别重视。

5.3.2.1　常用粘合剂

在钢闸门检测中，多属于常温应变测量，而用于常温应变测量的粘结剂主要有氢基丙烯酸酯，有501和502两种牌号。这是一种瞬间固化的粘结剂，通过吸收空气中微量水分，在10～30s内初步固化，2h后即可进行测量，8h后可达到最高粘贴强度。此类胶的特点是在常温下指压快速固化，操作简便，容易掌握，粘贴强度高;缺点是耐久性与耐潮性差。其主要用于短期内的应变测量。

环氧树脂类和酚醛树脂类粘结剂也是常温下使用的粘结剂，根据生产厂家不同有多种牌号。这两类粘结剂的共同特点是固化时需要加压、加温，并要进行固化后处理，粘贴工艺较复杂，操作技术较难掌握。但这两类胶的粘结力强，时间稳定性好，蠕变、滞后小，耐湿性好，能在稍高于常温的环境下工作。主要用于长期应变测量，是制作应变式传感器的理想粘结剂。

5.3.2.2　贴片工艺和防护措施

1.贴片工艺

下面主要介绍一种用502胶贴片时的工艺。

(1)贴片表面应进行机械加工，达到平整光滑。对于不便于机械加工的表面，可用手握式砂轮机打磨。如表面过于光滑，要用00^#纱布沿贴片方向呈45°角交叉打毛，使之利于粘贴，合适的粗糙度为～。粘贴用的应变片应逐个测量电阻值，测量片的温度补偿片之间的电阻值相差应小于0.2Ω。

(2)用铅笔或铜划针在试样上画出应变片的定位线。用脱脂棉球蘸少量丙酮(或无水酒精、四氯化碳等)清洗贴面表面，清洗面积应比应变片基底面积大10倍以上。清洗时先从中心开始逐渐向外擦，棉球脏后要更换新的，一直清洗到擦过的棉球不变色为止。

(3)用左手拇指和食指夹住应变片的引线，在应变片的基底上滴一滴502胶，将应变片和贴片处迅速贴合，并使应变片的对称线(轴线)与定位线对准，在应变片上盖一块聚四氯乙烯薄膜，用右手拇指压在应变片上，压力约为5N，1分钟后即可松开，10分钟后揭去塑料薄膜。贴片时动作要准确、迅速。加压时，力要垂直于贴片表面，不要使应变片滑动。若在规定的时间内胶水仍不能固化，表明胶水已失效，需要换合格的胶水重贴。

(4)在应变片引线下垫一小块绝缘胶布或透明胶带，将上好锡的导线用医用胶布固定在试样上，在胶布上滴两滴502胶加强粘结力。用镊子把应变片的引线弯成弧形后与导线焊接，焊接时间要短，焊点应呈光滑的球状。图5-7所示为应变片引线的焊接与固定情况。

(5)为防止湿气浸入粘贴层，可用703硅橡胶均匀地涂在应变片上，涂敷面积要大于应变片基底。此胶在常温下经8小时即可固化，具有良好的防潮、防水功能。亦可用医用凡士林、炮油或二硫化钼等材料代替。

2.防护措施

在钢闸门的检测中，它是在水和潮湿环境中工作，为防止应变计短路或脱落，影响正常的测试，必须采取严密的防潮、防水措施。

试样;2.应变片;3.焊点;4.绝缘胶布;5.胶布;6.导线

图5-7　应变片引线的焊接与固定

目前常用的防水、防潮措施是在应变计上涂敷防潮、防水材料，使应变片与潮气或水相隔离。防潮、防水材料有防潮蜡、环氧树脂防水剂、橡胶类防水剂、二硫化钼润滑剂等。