電阻應(yīng)變計(jì)的常規(guī)使用技術(shù)

電阻應(yīng)變計(jì)的常規(guī)使用技術(shù)
在應(yīng)變測(cè)量時(shí)，只有正確選用和安裝使用應(yīng)變計(jì)，才能保證測(cè)量精度和可靠性，達(dá)到預(yù)期的測(cè)試目的。
2.7.1電阻應(yīng)變計(jì)的選擇
應(yīng)變計(jì)的種類繁多，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)試的環(huán)境條件、被測(cè)構(gòu)件的應(yīng)變狀態(tài)、被測(cè)構(gòu)件的材料性質(zhì)、應(yīng)變計(jì)的尺寸和電阻值及測(cè)量精度等因素來決定。
一般的選用原則是：
1.根據(jù)測(cè)試的環(huán)境條件
（1）環(huán)境溫度 測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的溫度選擇合適的應(yīng)變計(jì)，使得在給定的試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，應(yīng)變計(jì)能正常工作。
（2）環(huán)境濕度 潮濕對(duì)應(yīng)變計(jì)性能影響極大，會(huì)出現(xiàn)絕緣電阻降低、粘結(jié)強(qiáng)度下降等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)則無法進(jìn)行測(cè)量。為此，在潮濕環(huán)境中，應(yīng)選用防潮性能好的膠膜應(yīng)變計(jì)，如酚醛－縮醛、聚脂膠膜應(yīng)變計(jì)等，并采取恰當(dāng)?shù)姆莱贝胧?br>（3）磁場(chǎng)環(huán)境 應(yīng)變計(jì)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，敏感柵會(huì)伸長或縮短，使應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生輸出。因此，敏感柵材料應(yīng)采用磁致伸縮效應(yīng)小的鎳鉻合金或鉑鎢合金。
2.根據(jù)被測(cè)構(gòu)件的應(yīng)變狀態(tài)

（1）應(yīng)變分布梯度 應(yīng)變計(jì)測(cè)出的應(yīng)變值是應(yīng)變計(jì)柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變值。因此當(dāng)應(yīng)變沿試件軸向?yàn)榫鶆蚍植紩r(shí)，可以選用任意柵長的應(yīng)變計(jì)，而對(duì)測(cè)試精度無直接影響。柵長大的應(yīng)變計(jì)，其橫向效應(yīng)系數(shù)小，且粘貼也比較容易。如果是對(duì)應(yīng)變梯度大的構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試，則應(yīng)視具體情況選用柵長小的應(yīng)變計(jì)。
（2）應(yīng)變性質(zhì) 對(duì)于靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量，溫度變化是產(chǎn)生誤差的重要原因，如有條件，可針對(duì)具體試件材料選用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。
對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，應(yīng)選用疲勞壽命高的應(yīng)變計(jì)，如箔式應(yīng)變計(jì)。
3.根據(jù)被測(cè)構(gòu)件的材料性質(zhì)
（1）若被測(cè)構(gòu)件的材料為彈性模量較高的均質(zhì)材料（如金屬材料），則對(duì)應(yīng)變計(jì)無特殊要求。
（2）若被測(cè)構(gòu)件的材料為非均質(zhì)材料（如木材、混凝土等），則應(yīng)選用柵長較大的應(yīng)變計(jì)，以消除因材料不均勻而帶來的影響。用于混凝土表面應(yīng)變測(cè)量的應(yīng)變計(jì)，其柵長一般應(yīng)比顆粒的直徑大四倍以上。
4.根據(jù)應(yīng)變計(jì)的尺寸
應(yīng)變計(jì)尺寸的選擇，是根據(jù)試件的材料和應(yīng)力狀態(tài)，以及允許粘貼應(yīng)變計(jì)的面積而定 。例如，對(duì)于混凝土、鑄鐵、木材等表面粗糙、不勻的材料，選用柵長較大的應(yīng)變計(jì)。對(duì)于表面光滑、均勻的材料，選用柵長較小的應(yīng)變計(jì)。對(duì)于試件表面應(yīng)力分布均勻或變化不大，且允許粘貼面較大的情況下，選用柵長較大的應(yīng)變計(jì)。若在試件的應(yīng)力集中區(qū)域，或允許粘貼面積很小的情況下，選用柵長≤1mm的應(yīng)變計(jì)。對(duì)于塑料等導(dǎo)熱性差的材料，一般選用柵長大的應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變計(jì)的尺寸越小，則對(duì)粘貼質(zhì)量的要求越高。因此，在確保測(cè)量精度和有足夠安裝面積的前提下，選用柵長較大的應(yīng)變計(jì)為宜。
如果應(yīng)變計(jì)用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，則選擇應(yīng)變計(jì)的柵長時(shí)，還應(yīng)考慮應(yīng)變計(jì)對(duì)頻率的響應(yīng)等要求。
5.根據(jù)應(yīng)變計(jì)的電阻值
應(yīng)變計(jì)電阻值的選擇，一般根據(jù)測(cè)試儀器對(duì)應(yīng)變電阻值和測(cè)量應(yīng)變靈敏度的要求，以及測(cè)試條件等而定。例如，應(yīng)力分析測(cè)試常用的電阻應(yīng)變儀通常是按應(yīng)變計(jì)電阻值為120+5Ω進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，應(yīng)力分析測(cè)試時(shí)，普遍選用電阻值為120Ω的應(yīng)變計(jì)。而傳感器上通常選用高電阻值（如350Ω、500Ω、1000Ω，甚至5000Ω）的應(yīng)變計(jì)，因?yàn)檫@樣可以提高其穩(wěn)定性或輸出靈敏度。有時(shí)為了減少應(yīng)變計(jì)引線和連接導(dǎo)線的電阻對(duì)應(yīng)變計(jì)應(yīng)變靈敏度的衰減作用，或?yàn)榱颂岣邉?dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的信噪比，也選用高電阻值的應(yīng)變計(jì)。
6.根據(jù)測(cè)試精度
一般認(rèn)為以膠膜為基底、以銅鎳合金和鎳鉻合金材料為敏感柵的應(yīng)變計(jì)性能較好，它具有精度高、長時(shí)間穩(wěn)定性好以及防潮性能好等優(yōu)點(diǎn)。
2.4.2電阻應(yīng)變計(jì)的粘貼
常溫應(yīng)變計(jì)的安裝通常采用粘貼法。因此，粘結(jié)工藝是應(yīng)變測(cè)試中非常重要的環(huán)節(jié)。應(yīng)變計(jì)粘結(jié)得好壞，直接影響到構(gòu)件表面的應(yīng)變能否正確、可靠地到傳遞敏感柵，影響到測(cè)試的精度。下面將應(yīng)變計(jì)粘貼的操作過程作簡單介紹。
1.檢查和分選應(yīng)變計(jì)
貼片前應(yīng)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行外觀檢查和阻值測(cè)量。檢查應(yīng)變計(jì)的敏感柵有無銹斑、基底和蓋層有無破損、引線是否牢固等。阻值測(cè)量的目的是檢查應(yīng)變計(jì)是否有斷路、短路情況，并按阻值進(jìn)行分選，以保證使用同一溫度補(bǔ)償片的一組應(yīng)變計(jì)的阻值相差不超過0.1Ω。
2.粘貼表面的準(zhǔn)備
首先除去構(gòu)件粘貼表面的油污、漆、銹斑、電鍍層等，用砂布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘結(jié)力，接著用浸有酒精（或丙銅）的紗布片或脫脂棉球擦洗，并用鋼畫針畫出貼片定位線。最后，再進(jìn)行一次擦洗，直至紗布片或棉球上不見污跡為止。
3.貼片
在應(yīng)變計(jì)的底面和處理過的粘貼表面上，各涂一層薄而均勻的膠，用鑷子將應(yīng)變計(jì)放上并調(diào)好位置，然后蓋上氟塑料薄膜，用手指揉和滾壓，擠出多余的膠，并排除應(yīng)變計(jì)下面的氣泡，使應(yīng)變計(jì)和試件完全貼合。適當(dāng)時(shí)間后，由應(yīng)變計(jì)無引線的一端開始向有引線的一端揭掉氟塑料薄膜，用力方向盡力與粘結(jié)表面平行。
4.固化
貼片時(shí)最常用的是氰基丙稀酸酯粘結(jié)劑（如502膠水、501膠水粘結(jié)劑）。用它貼片后，只要在室溫下放置數(shù)小時(shí)即可充分固化，而具有較強(qiáng)的粘結(jié)能力。對(duì)于需要加溫固化的粘結(jié)劑，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。一般是用紅外線燈烘烤，但加溫速度不能太快，以免產(chǎn)生氣泡。
5.測(cè)量導(dǎo)線的焊接與固定
待粘結(jié)劑初步固化以后，即可焊接導(dǎo)線。常溫靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，導(dǎo)線可采用ф0.1~0.3mm的單絲紗包銅線或多股銅芯塑料軟線。
導(dǎo)線與應(yīng)變計(jì)引線之間最好使用接線端子片，如圖2-14所示。它是用敷銅板腐蝕而成。接線端子片應(yīng)粘貼在應(yīng)變計(jì)附近，將導(dǎo)線與應(yīng)變計(jì)引線都焊在端子片上。常溫應(yīng)變計(jì)均用錫焊。為了防止虛焊，必須除盡焊接端的氧化皮、絕緣物，再用酒精、丙酮等溶劑清洗，焊接要準(zhǔn)確迅速。
已焊好的導(dǎo)線應(yīng)在試件上沿途固定。固定的方法有用膠布粘、用膠粘（如用502膠粘）等。

圖2-14 接線端子片固定導(dǎo)線示意圖
6.檢查
對(duì)已充分固化并已接好導(dǎo)線的應(yīng)變計(jì)，在正式使用前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。除對(duì)應(yīng)變計(jì)作外觀檢查外，還應(yīng)檢查應(yīng)變計(jì)是否粘貼良好、貼片方位是否正確、有無短路和斷路、絕緣電阻是否符合要求(一般不低于100MΩ)等。
2.7.3電阻應(yīng)變計(jì)的防護(hù)
對(duì)安裝后的應(yīng)變計(jì)，應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)姆莱贝胧７雷o(hù)方法的選擇取決于應(yīng)變計(jì)的工作條件、工作期限及所要求的測(cè)量精度。對(duì)于常溫應(yīng)變計(jì)，常采用硅橡膠密封劑防護(hù)方法。這種方法是用硅橡膠直接涂在經(jīng)一般清潔處理的應(yīng)變計(jì)周圍，在室溫下經(jīng)12~24小時(shí)即可粘合固化，放置時(shí)間越長，粘合效果越好。硅橡膠使用方便、防潮性能好、附著力強(qiáng)、儲(chǔ)存期長、耐高低溫、對(duì)應(yīng)變計(jì)無腐蝕作用，但強(qiáng)度較低。另外，環(huán)氧樹脂、石蠟或凡士林也可做防潮保護(hù)材料。

電阻應(yīng)變計(jì)的原理及使用