应变片贴法注意事项(2)

（1） 加压固化时加压力过大，造成贴片后阻值异常，适当降低加压力，推 荐用户加压力范围0.15MPa-0.3MPa。

（2） 加压时加压力不均匀，造成应变计敏感栅变形而阻值异常，这一问题 主要是加压夹具不规范，使应变计受力不均匀所致。

（3） 工装设计的曲率半径与构件不吻合，造成应变计变形或鼓包而阻值异 常。

（4） 使用一段时间后，阻值发生异常。这一问题主要是应变计内部有气泡 或个别虚空或焊接时有不可靠因素存在等。

三、贴片后表面缺陷

从前述的内容中可以看出贴片的主缺陷有虚空、鼓包、胶层不均匀、胶层过厚、胶棱、压坑、变形等，其中鼓包、压坑只要不在敏感栅受力部位，均可以使用。针对这些缺陷，一定要在贴片后进行外观检查，剔出有缺陷的，保证贴片质量。同时应对阻值、绝缘电阻进行检查，以免后道工序的浪费。

电阻应变片及其粘贴方法

一、 电阻应变片的种类和基本性能

应变片的种类很多。有电阻丝式、箔式、半导体、高温、低温、温度自补偿

等。电阻值一般为60-1000欧姆。在结构试验中常用的是电阻丝式应变片。现将几种应变片作一简要介绍。

（一）电阻应变片的种类 1. 电阻丝式应变片

电阻丝式应变片的材料目前最广泛使用的是康铜丝及镍铬丝（性能见表1）。因其温度系数小，电阻系数大，应变灵敏度大，易于加工和焊接。

电阻丝式应变片按电阻丝缠绕形式可分为绕丝式和短接式两种（如图1所示）。将电阻丝做成所需长度（称为应变片标距），再拐弯几次。制成格栅状。通常丝直径约0.02-0.1毫米。用弹性的胶粘于具有绝缘性的纸片上（称纸基应变片），或胶膜片上（称胶基应变片），在电阻丝始端和末端用锡焊接引出线，以便与电源相连。在电阻丝上盖有一层强度高、韧性大的香烟纸（纸厚为0.015-0.02mm）或胶膜，也有的

在胶膜上再盖一层细毡，用来绝热。这种应变片价格便宜，易于粘贴，目前在结构试验中大量采用，其规格如表2.

2. 箔式应变片

箔式应变片用厚为4-10μ的康铜箔或镍铬箔片，用照相腐蚀法制成。可制成任何复杂形状，尺寸准确，是应变片发展方向之一，但价格稍高。

3. 半导体应变片

半导体应变片是用硅型或锗型半导体材料制成的。它的灵敏系数比丝式片和箔式片约高50倍。但它的电阻应变特性非线性较大，并且其温度系数很大，价格很贵，操作技术要求高。除特殊要求外，一般应力测量不采用。

常用电阻丝合金性质 表1

Φ0.0025mm合金 成分 时之每M电阻数值Ω 康铜 60Cu240Ni 930-980 电阻温度系数-6 10/℃ Ω2MM/M 2电阻系数ρ 制作难易 十分容易 十分容易 容易 稍难 Kε 2 0.47-4.9 2.0 锰铜 84Cu212Mn24Ni 750-800 0 0.42-4.4 0.47 2.2-2.3 2.5 镍铬 镍铬铁

80Ni220Cr 1250-2000 400 ___ 0.9-1.1 ___ 64Ni211Cr225Fe 2100-2200 （二）电阻应变片的基本性能 1. 电阻应变片的灵敏系数

贴在构件上的电阻应变片，由于构件产生应变。应变片产生了微小的电阻变化。电阻变化率（△R/R）与应变（ε=△L/L）之比称为应变片的灵敏系数（K）。根据推导，电阻丝单丝的灵敏系数KS主要与电阻丝材料的波桑比有关，因而为一常数。通常所用的栅状电阻丝应变片，由于电阻应变片两端的阻丝有圆弧弯转部分，所以不仅沿电阻丝方向的应变能使应变片产生电阻变化，而垂直于电阻丝方向的应变亦使应变片产生部分电阻变化。这种现象称为应变片的横向效应。因此应变片的灵敏系数与电阻丝单丝的灵敏系数有所不同，但仍接近于常数。

应变片的灵敏系数还受应变片胶水的影响。通常应变片规格上所写的灵敏系数都是工厂抽样实测的数值。

为了检查应变片的灵敏系数是否正确。可以在纯弯曲标准梁（如图2所示）或悬臂等强度标准梁上用应变仪测定。

图2是纯弯曲标准梁装置的示意图。以此方法为例说明测定方法如下。

在梁的跨中上下面贴上两片（半桥两片工作）要测定灵敏系数K值的应变片，在梁的跨中安置一个千

2

分表测定梁的挠度。由于梁的几何尺寸是已知的，所以可以推导出跨中挠度与其应变的关系式为：d=εL/4h 式中：h—为标准梁的高度；

L—为标准梁的跨度（见图2）； ε—为标准梁跨中的应变。

如果给梁一个应变ε1 ，即可计算出一个相应的挠度d1 ，亦即当旋转加荷螺丝使梁产生挠度d1 时，则梁上产生一个已知应变ε1 。此时，如果将应变仪上应变读数盘对准ε1 ，调整灵敏系数K度盘，使仪器达到平衡，则此时K度盘上所指的值即为所测应变片的灵敏系数值K1 。

由于K度盘不易读准确，通常是将应变仪上的K度盘对准任意数值K任，再读应变值为ε任。根据应变仪的设计结构原理：

△R/R = K12ε1 = K任2ε任

因此即可算出所求的K1 为：

K1 = K任2ε任 / ε1

式中： ε1 —已知梁上的应变值，由千分表测定。

K任 —测定时应变仪上的灵敏系数；

ε任 —当梁的挠度为d1 时的实测应变值（因半桥两片工作，所以应取应

变仪读数除以2）。

为了减少应变片的横向效应，有短接式应变片。短接式应变片系将应变片两端圆弧弯转部分改用粗短导线连接。此种片横向效应很小，但制造工艺较复杂。

2. 电阻应变片的蠕变

由于固化胶水具有可塑性，同时又受到电阻丝反抗变形的作用，所以当电阻丝变形时，经过一段时间后，电阻丝的变形就减小一些，这样使得试件的应变和电阻丝的应变不完全一致，相差△ε，如图3所示。这种现象叫电阻应变片的蠕变。

蠕变可用百分比表示：

D = △ε/ ε试件3100%

一般情况下，经过30分钟以后△ε基本不变，在一小时内蠕变百分比D一般不超过0.1%（仪器、导线的温湿度误差除外）。

蠕变大小主要取决于胶水的质量及固化的程度。在不同温度下，不同牌号的胶水，蠕变值也是同的。在室温范围内一般蠕变较小，在30℃以上蠕变较大，为了消除蠕变现象，在试验前可以进行几次反复加荷。

3. 电阻应变片的滞后性

粘贴在试件上的应变片，当承受应变变化时，其输出与应变之间的往复路线不完全相同。是一个封闭曲线，如图4所示，这种现象称作应变片的滞后性。

应变片的滞后现象与应变片的特性和粘贴技术以及被测试件的材料等因素有关。经几次反复加荷后，滞后现象可以减小。

4. 电阻应变片的温度特性

应变片中的电阻丝，不仅因应变产生电阻变化，由于温度变化也会引起电阻 的变化，电桥产生与温度成比例的输出。这个现象叫热输出或称温度引起的零点漂移。所以在测量应变时必须考虑温度补偿。镍铬丝应变片如试验中工作片与补偿片之间温度相差1℃，就要产生200με。但康铜丝应变片的温度影响较小。还有由于试件和应变片的线膨胀系数不同，电桥亦会产生热输出。目前，温度补偿一般是采用在电桥内接温度补偿片的方法。温度补偿片贴在与试件相同材料但不受力的试件上。另外一种方法是采用温度自补偿片。在国内，这种温度自补偿片正在逐步推广使用。

（三）电阻应变片的选择

电阻应变片种类繁多，在实际使用时，按测量的要求选用。一般从以下几方面来考虑： 1.测量时的温度范围

对纸基应变片，使用极限温度一般不超过60℃。对于胶基应变片、箔式 应变片和半导体应变片。最高使用温度一般为100℃。

2.测量的环境条件

选择应变片时要考虑应变片的防潮问题。在潮湿情况下使用应变片应尽可能选用胶质基底应变片。 3.应变片标距的选择

对于均匀材料（如钢、有机玻璃等）作成的试件，可选用标距为5-10毫米的应变片。对于非匀质材料（如混凝土）的试件，应变片的标距应大于混凝土骨料最大粒径的3-4倍。一般采用的标距为40-150毫米。对混凝土试件采用过小标距的应变片会产生较大的误差（见图5）。

4.应变片电阻值的选择

应变片的电阻值，小标距片通常为117-125欧姆，长标距片为300-600欧姆。所选应变片的阻值应在应变仪使用的阻值范围内，例如国产YJ-5型静态应变仪使用应变片的阻值范围为100-600欧姆。

另外根据电桥的供电桥压的大小和应变片阻值，校验应变片的最大电流，一般应变片的最大允许电流可参考表3.

应变片允许电流参考表 表3

电阻丝直径（毫米） 应变片允许电流（毫安）

二、电阻应变片使用的粘接剂

（一）电阻应变片使用的粘接剂的选择原则

应变片粘贴在试件上，试件产生的应变是通过粘接层传递到电阻丝上的。由于环境的温度、湿度等因素的影响，粘接剂种类的不同，可能产生粘接层软化，收缩或膨胀，从而使应变传递发生变化。为了使应变片能接受到实际的应变，保证测量精度，必须重视粘接剂的选择。选择粘接剂一般考虑以下因素：

1.粘接剂能使应变片与试件粘接牢固，操作简单。 2.粘接后，较短时间里粘接层即具有较大的剪切强度。

3.不含杂质，化学稳定性能好，蠕变小。即使长期使用，粘接强度不变。 4.粘接剂干燥或固化后，电气绝缘性能好，温湿度变化时绝缘性能变化小。 5.在变形过程中，必须有很高的抗拉能力。其弹性模量应大于电阻丝的弹性模量。 6.对试件表面无腐蚀性及溶解性。 （二）目前土建试验中常用的几种粘接剂 1.硝化纤维类粘接剂

硝化纤维粘接剂即是赛潞潞胶。这是一种热可塑性的粘接剂。可溶于多数有机溶剂（酒精、丙酮）中。应变片的粘接靠溶剂蒸发，以得到必要的粘接强度。这种粘接剂在常温下便能干燥。但是，为了促进干燥，可根据溶剂的沸点，用较低的温度进行加热。使用温度范围是-50—+80℃。但这种粘接剂吸湿性稍大，由于吸水或吸湿，使粘接层膨胀，绝缘低。如在混凝土上使用，要涂底层。这种胶的配方很多，我们过去采用的配方是：硝化纤维片2克，乙酸乙脂30克，乙酸丁脂12克。但目前我们很少使用。北京西城区半导体器件厂采用这类胶制作应变片，其配方为：硝化纤维片8%,松香2%，丙酮30%，稀料（香焦水）30%，乙醚30%.

0.02 12.5 0.025 25-35 0.03 30 0.05 30-100 0.08 200 0.1 300

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