电阻应变片粘贴技术

一、电阻应变片粘贴技术一、实验目的1.了解电阻应变片的结构、规格、用途等。2.学会设计布片方案。3.掌握选片、打磨、粘贴、接线、固定、防护等操作工艺和技术。二、实验设备及器材1.YD－88便携式超级应变仪。2.QJ23型电桥。3.试件、应变片、砂布、镊子、丙酮、药棉、502胶水、玻璃纸等。4.试件见图1-5。三、实验原理应变片的构造很简单。把一条很细具有高电阻率的金属丝，在制片机上排绕后，用胶水粘在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，就成了早期常用的丝绕式应变片。应变片一般由敏感栅（即金属丝）、粘结剂、基底、引线及覆盖层五部分组成。如将应变片固定在被测构件表面上，金属丝随构件一起变形，其电阻值也随之发生变化，而且，这电阻变化与构件应变有确定的线性关系。应变片已有多种类型，若按敏感栅所用材料来分，有丝绕式应变片、箔式应变片和半导体应变片。前两种的敏感栅是以金属丝或箔制成，可统称为金属式应变片，工作原理是基于金属丝的电阻应变效应；半导体应变片则是一类较新品种，具有一些独特的优点。无论何类应变片，其构成不外基底、敏感栅和引线三大部分。引线是从敏感栅到测量导线之间的过渡部分，用以将敏感栅接入测量电路。基底用来保持敏感栅及其与引线接头部的几何形状，在应变片安装以后，由它将构件变形传递给敏感栅，并在金属构件与敏感栅之间起绝缘作用。目前常见的电阻片有以下几种：（1）丝绕式用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片（见图1-1和图1-2a），目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。（2）短接式这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的（见图1-2b）。短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。图1-2（3）箔式电阻片它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的(见图1-2c)，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低，和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点：a.随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。尤其突出的是能制成栅长很小（如0.2mm）或敏感栅图案特殊的应变片。b.箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。这样，在相同截面积下，允许通过的电流较丝绕式片的大（φ0.025mm的康铜比绕式应变片允许电流以约35Ma，箔式片可大几倍），使测量电路有输出较大信号的可能。另外，表面积大使附着力增加，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性。c.箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻（ζ），也小很多，使箔式片横向效应很小。d.箔式片均为胶基，故绝缘性好，蠕变和机械滞后小，耐湿性好。e.便于成批生产，生产率高。由于箔式应变片有这些特点，故在常温的应变测量中将逐渐取代丝绕式应变片。（4）半导体电阻片一个半导体电阻片，它的突出特点是灵敏系数比一般电阻片的要高五十倍以上，可达140。它是利用半导体材料的压阻效应而制成的（见图1-3）。由于灵敏系数高，能使输出信号大大增强，而且机械滞后极小，所以在火箭、导弹以及宇航等方面有很大的应用价值。图1-3半导体应变片图1-4应变花（5）应变花两种常用的应变花即直角应变花和等角应变花（见图1-4），它们是在一个公用的纸底上重迭地粘贴三个彼此间相互绝缘的电阻丝。当无这种成品时可以用三个单独的电阻片代替，如果被测试的对象尺寸较大时，可以不必重迭而是按需要的角度粘贴在一个很小的范围内即可。应变片的粘贴技术1.设计布片方案。2.选片：首先检查应变片的外观，剔除敏感栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点的应变片，再用电桥测量应变片的电阻值，并进行阻值选配。3.打磨：选择的构件表面待测点需经打磨，打磨后表面应平整光滑，无锈点。4.画线：被测点精确地用钢针画好十字交叉线以便定位。5.清洗：用浸有丙酮的药棉清洗欲测部位表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净。6.粘贴：将选好的应变片背面均匀地涂上一层粘结剂，胶层厚度要适中，然后将应变片的十字线对问候语构件欲测部位的十字交叉线，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能薄而均匀，再用同样的胶粘贴引线端子。7.固化：贴片后最好自然干燥几小时，必要时可以加热烘干。8.检查：包括上观检查和变应片电阻及绝缘电阻的测量。9.固定导线：将应变片的两根导线引出线焊在接线端子上，再将导线由接线端子引出。10.放置24小时后，对贴片构件进行测试。（见图1-5）图1-5悬臂梁四、实验步骤1.将贴好应变片的试件安装在实验台上。2.按自己预定的设计方案进行测试，整理数据等。3.自拟实验报告。五、注意事项1.在选电阻片和粘贴的过程中，不要用手接触片身，要用镊子夹取引线。2.清洗后的被测点不要用手接触，已防粘上油渍和汗渍。3.固化的电阻片及引线要用防潮剂（石腊、松香）或胶布防护。二、静态应力的多点测量一、实验目的1.了解用应变花测定复杂应力状态下主应力的测定方法。2.巩固应力分析的概念，学分析复杂应力状态下的构件的受力分析和应变测量。二、实验设备与装置1.YD-88便携式超级应变仪。2.薄壁钢管在弯扭组合作用下的实验装置见图1。3.游标卡尺，直尺。图1实验装置图三、实验原理1.薄壁钢管承受弯曲和扭转组合作用时，钢管表面上任意一点可以认为处于平面应力状态，如图2所示。2.理论上分析圆筒上某一点的主应力大小及方向：圆筒上面A点（或下面B点）横截面上的应力为WM（1）nnWM（2）式中，M——弯矩nM——扭矩W——抗弯截面模量nW——抗扭截面模量D——钢管外径d——钢管内径43132DdDW（3）43116DdDWn（4）该点主应力大小和方向分别为（5）（6）2.由实验确定圆筒的主应力大小及方向为了测圆筒主应力的大小及方向，在薄壁钢管的上下表面对应的两点A、B处分别粘贴4枚电阻应变片，应变片的布片方案为45º应变花见图3。可以按顺序选择不同角度的三枚应变片为一组，测得三个不同方向的应变值，则该点的主应力大小及方向即可算出。三枚应变片温为：00a045b090c00b045c090g00c045a090g则主应力的大小及方向的测试值为：2904524509003,10000001212E（7）0000090090045122tg（8）1.接桥方法：（1）单臂半桥：可采用aRbRcR组成应变花，tR为温度补偿片，见图4(a)也可采用bRcRgR组成应变花，tR为温度补偿片，见图4（b）。（2）双臂半桥：可采用A、B两点对应的应变片组成应变花，接成双臂半桥。见图4（c）四、实验步骤：1.游标卡尺和直尺分别量取计算时所需数据尺寸。2.采用单臂半桥接法时将应变片aRbRcRgR按顺序分别接到应变仪测量电桥的A、B插孔，tR接到公共补偿片的B、C插孔，作为测量应变片的温度补偿片。3.采用双臂半桥接法时，将应变片aRbRcRgR按顺序分别接到应变仪测量电桥的A、B插孔，dReRfRhR按顺序分别接到对应的B、C插孔，组成双臂半桥。4.调整好应变仪，按顺序依次测量各种应变片的应变值，填入表格中，每级载荷为1kg，共加5kg，重复三遍。五、数据处理：1.薄壁钢管的原始数据填入表11L2L3L4L5L6L2.将应变仪测量的应变数据整理于表中。3.由理论值计算其主应力的大小和方向。4.由测试应变数据计算主应力的大小和方向。5.比较理论于实验的结果是否吻合。三、振动应变和冲击应变的测量一、实验目的1.巩固动态应变测量原理。2.测定简支梁在振动和冲击载荷作用下的应变值和频率。二、实验设备和装置1.Y6D－3A型动态电阻应变仪和SC－16型光线示波器。2.直尺。3.实验装置见图1。图1实验装置图三、实验原理动态应变按其随时间变化的性质，可分为确定性的和非确定性的两类。应变随时间变化的规律能够用明确的数学关系式描述的，称为确定性的，否则就是非确定性的。确定性的动态应变，视其能否用周期性的时变函数来表示，又可分为周期性的非周期性动态应变。非确定性的动态应变亦称随机性应变。本实验中的振动应变就是简单周期性应变（见图2），用实验的方法求出应变的大小，即幅值ε1和ε2，以及频率f。对冲击应变要求通过输出波形了解应变随时间的变化过程。图2简单周期性应变21112HHh标…………………………（1）43222HHh标…………………………（2）式中，ε标－－标定线所代表的应变值ε1－－被测信号在共振时的正应变值h1－－被测信号正应变的波高H1－－前标定正值的几何高度H2－－后标一正值的几何高度ε2－－被测信号在共振时的负应变值h2－－被测信号负应变的波高H3－－前标定负值的几何高度H4－－后标定负值的几何高度秒/15000llf…………………………（3）式中l0－－时标的周期记录长度l－－被测信号的周期记录长度四、实验步骤1.按照图1所示，安装好计划体制小电机和偏心锤。2.仔细检查自己所贴的电阻应变片，选择粘贴坚固和方向准确的作为被测对象，在电桥盒上接成单臂半桥或双臂半桥。3.把应变仪、电源供给器和示波器的各联线接好，并调整到初始状态。4.按照动态应变测量的顺序进行操作，并选择合适的衰减档，以输出较大的波形为准。5.在阳光下或较亮的灯光下使输出纸带显影，如需留作资料，还需要对其进行显影及定影处理。五、数据处理1.用直尺量出h1、h2、H1、H2、H3、H4、l0、l的长度以备计算。2.将以上数据代入公式（1）、（2）、（3）进行计算。六、注意事项1.必须严格遵守操作规程。2.测试过程中，不得动导线和挪动仪器。四、弹性模量E和箔松比的测定一、实验目的：1.验证简易虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E和横向变形系数。2.熟悉应变仪操作规程，掌握应变测量的应用技术。二、实验设备及试件1.YD－88便携式超级应变仪2.游标卡尺3.低碳钢试件（应变片已贴好，见图1）图1布片图三、实验原理1.弹性模量E金属材料载弹性范围内，正应力正比于正应变，此规律称为虎克定律，用公式表示如下：E（1）式中比例系数E称为弹性模量。要用实验的方法测得E值，如图1所示的试件手单向拉伸载荷作用，实验装置见图2，测量载载荷作用下产生的应变值，则弹性模量常数可按下式计算：APE1(2)这样即可测得弹性模量E值。2.横向变形系数试件在受轴向拉伸时，纵向将深长，横向将缩短，横向应变2与纵向应变1之比的绝对值为横向变形系数（又称泊松比）即：12（3）为了测量弹性常数，在矩形截面的试件中央两侧沿纵向贴一组电阻应变片R1和R2，沿横向贴一组电阻应变片R3和R4，见图1，再在与试件材料相同但不受载荷作用的一块板上贴一组电阻应变片作为温度补偿片，接成单臂半桥形式进行测试。四、实验步骤：1）量尺寸，用游标卡尺量取试件截面尺寸B和，得到面积A，用直尺量取杠杆尺寸，得到杠杆放大倍数。2）接桥路，根据应变的测量要求，将安装好的拉伸试件上的两组电阻应变片分别连接到应变仪的两个通道的A、B插孔，将温度补偿片连接到公共补偿片B、C插孔，作为纵向应变片和横向应变片的公共补偿片。3）调仪器，按应变仪操作规程接线，接通桥路，调节桥路平衡，做好测量的准备工作。4）测量，接通测量桥路进行测试时，每次加1kg砝码，共加5级，每加一级记录一次应变读数，一直加到预定的最大载荷为止。卸载后，每一桥路应变值再重复测两遍。5）测试结束后，将仪器及实验装置整理好。五、数据处理：1.将实验数据记录于表格中，并进行整理。2.根据实测数据分别求出纵向应变片和横向应