(整理)應(yīng)變片的粘貼

1、課程名稱(chēng)：基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：應(yīng)變片的粘貼和不銹鋼彈性模量的測(cè)定學(xué) 院：指導(dǎo)教師:報(bào)告人：學(xué)號(hào):實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015 年 5 月 22 日提交時(shí)間：2015年5月22日同組者姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。2、初步掌握電阻應(yīng)變片的絕緣處理、防潮、接線和粘貼質(zhì)量檢查等基本技術(shù)。3、了解電測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)驗(yàn)原理與電橋接線方法。4、測(cè)量不銹鋼的彈性模量。二、電測(cè)法實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)電測(cè)法)，就是將物理量、力學(xué)量、機(jī)械量等非電量通過(guò)敏感元 件轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的一種實(shí)驗(yàn)方法，又稱(chēng)非電量電測(cè)法。將電阻應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件上， 當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)應(yīng)變片也隨之一起變形， 應(yīng)變片的電阻值

2、發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電橋?qū)㈦娮?變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后直接輸出應(yīng)變值。電測(cè)法在工程中得到廣泛應(yīng)用，其主要特點(diǎn)：(1)尺寸小、重量輕、安裝方便，對(duì)被測(cè)構(gòu)件的應(yīng)力分布不產(chǎn)生干擾。(2 )精度和靈敏度高，最小應(yīng)變讀數(shù)為1仙e。(3)測(cè)量范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，既能進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試也能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，頻率響應(yīng)范圍從 零到幾萬(wàn)赫。還可以在高、低溫及高壓、水中等特殊條件下進(jìn)行測(cè)量。(4)可測(cè)量多種力學(xué)量。采用應(yīng)變片作為敏感元件制成各種傳感器可測(cè)力、位移、壓 強(qiáng)、轉(zhuǎn)角、速度、加速度、扭矩等。但電測(cè)法也有局限性，其缺點(diǎn)是：(1)只能測(cè)構(gòu)件表面的應(yīng)變，并且是有限個(gè)點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)是離散的，難以得到整個(gè)應(yīng)

3、力-應(yīng)變場(chǎng)的分布全貌。(2 )對(duì)于應(yīng)力集中和應(yīng)變梯度較大的部位，會(huì)引起比較大的誤差。三、實(shí)驗(yàn)儀器及試件：1、電阻應(yīng)變片。2、試件。3、萬(wàn)用表、兆歐表。4、電烙鐵、銀子、丙酮、細(xì)砂紙、藥棉等工具和材料5、502膠水、連接導(dǎo)線、704膠。6、烘干設(shè)備。四、電阻應(yīng)變片1、工作原理由物理學(xué)可知，金屬導(dǎo)線的電阻為：R L/A(2-1)式中：p為導(dǎo)線材料電阻率；L為導(dǎo)線長(zhǎng)度；A為導(dǎo)線截面積。當(dāng)金屬導(dǎo)線因受力變形引起電阻相對(duì)變化，對(duì)式 (2-1)兩邊取對(duì)數(shù)再微分得:dR d dL dARLA/o ox為導(dǎo)線材料電阻率；L為導(dǎo)線長(zhǎng)度；A為導(dǎo)線截面積。當(dāng)金屬導(dǎo)線因受力變形引起電阻相對(duì)變化，對(duì)式(2-1)取對(duì)數(shù)再

4、微分得:(2-2)dR d dL dARL Ad dV dA dL、dL 式中： C C( );ALLdA dD2A DdL2( L)C為與材料種類(lèi)和加工方法相關(guān)的常數(shù);V為體積;為應(yīng)變;M導(dǎo)線直徑；為導(dǎo)線材料泊松比。由式（2-2）得空C（ 2）R2) C(12 ) (12 )(2-3)令 K C(1 2 ) (1 2 )由式（2-3）得空K(2-4)R式（2 - 4）表明，金屬導(dǎo)線受力變形時(shí)，其電阻相對(duì)變化率dR/R與導(dǎo)線的應(yīng)變e成一次性函數(shù)關(guān)系，式中，K為比例系數(shù)，又稱(chēng)為金屬絲的靈敏系數(shù)。因此若將 一根金屬絲粘貼在構(gòu)件表面上，當(dāng)構(gòu)件產(chǎn)生變形時(shí)金屬絲也將隨之一起變形， 由金 屬絲電阻的相對(duì)變

5、化，就可得知構(gòu)件表面應(yīng)變的變化。電阻應(yīng)變片就是利用金屬絲 的電阻應(yīng)變效應(yīng)這一原理制成的傳感元件。2、構(gòu)造電阻應(yīng)變片通常由敏感柵、引線、基底、蓋層和粘結(jié)劑組成，其構(gòu)造簡(jiǎn)圖如圖2 - 18所示。敏感柵是用合金絲或合金箔制成的柵，它能將被測(cè)構(gòu)件表面的應(yīng)變 轉(zhuǎn)換為電阻相對(duì)變化，由于它非常靈敏，故稱(chēng)為敏感柵。它由縱柵與橫柵兩部分 組成，縱柵的中心線稱(chēng)為應(yīng)變片的軸線。敏感柵的尺寸用柵長(zhǎng)L （橫柵為圓弧形時(shí)， 指兩端圓弧內(nèi)側(cè)之間的距離；橫柵為直線形時(shí)，則為兩端橫柵內(nèi)側(cè)之間的距離）和柵寬B（與縱軸垂直方向上，敏感柵外側(cè)之間的距離）表示，參見(jiàn)圖2-19,柵長(zhǎng)尺寸引城£J 2 1S應(yīng)變片的構(gòu)造圖2 10

6、敏感哪的尺寸基底股為0.2100毫米。引線是由敏感柵引出電信號(hào)的金屬線，以便與導(dǎo)線焊接。一般用直徑為0.15 0.3毫米的鍍錫銅線或銅帶制成。基底的作用是保持敏感柵的幾何形狀和相對(duì)位置，并起一定的絕緣作用，而 蓋層是用來(lái)保護(hù)敏感柵的，它們的材料常用的有紙、膠膜及玻璃纖維布等。粘結(jié)劑是用來(lái)將敏感柵固定在基底上， 常用的有環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)和酚醛樹(shù)脂類(lèi)粘 結(jié)劑。在安裝應(yīng)變片時(shí)，也是用這些粘結(jié)劑將應(yīng)變片的基底粘貼在被測(cè)試件上。2、分類(lèi)電阻應(yīng)變片分類(lèi)方法較多，通常根據(jù)敏感柵材料、形狀、數(shù)量，應(yīng)變片標(biāo)距、 基底、工作溫度等分類(lèi)。常見(jiàn)的有以下幾種：按敏感柵的材料不同，可分為金屬 電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，金屬電阻

7、應(yīng)變片按敏感柵的制造方法又分為金屬絲式應(yīng)變片(圖2 - 20 (a)和金屬箔式應(yīng)變片(圖2 - 20(b)兩種，按敏感柵的結(jié) 構(gòu)形狀可分為單軸應(yīng)變片(圖2 - 20)和多軸應(yīng)變片，即應(yīng)變花(圖2 - 21)。國(guó)生融式府變片由之其塞命幽國(guó)立片4、主要工作特性包括阻值R、靈敏系數(shù)K和絕緣電阻。阻值是指應(yīng)變片在未粘貼和不受力情況下，于室溫時(shí)的固有電阻值，通常為120歐姆。靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片粘貼在單向受力試件表面后，應(yīng)變片電阻相對(duì)變化率dR R /與試件表面沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變e之比值，即KdR RK是應(yīng)變片的重要性能參數(shù)，由應(yīng)變片廠家進(jìn)行抽樣標(biāo)定，并在包裝上注明。K 值通常為2.02.4。絕緣電阻是指

8、應(yīng)變片的敏感柵及其引線與被測(cè)試件之間的電阻值，絕緣電阻不夠 將影響測(cè)量的靈敏度，甚至無(wú)法測(cè)得實(shí)際應(yīng)變值，通常要求在100兆歐以上。5、應(yīng)變片的選擇、粘貼、防護(hù)方法(1)應(yīng)變片篩選：選擇外觀無(wú)損傷的同一批號(hào)的電阻應(yīng)變片， 用萬(wàn)用表逐片測(cè)量電阻值， 選擇電阻值相差在0.1歐姆以?xún)?nèi)的應(yīng)變片供粘貼試驗(yàn)用。(2)試件表面處理：為使粘貼牢固，在試件待貼片位置用砂輪或錘刀打磨平整，再用細(xì) 砂紙打磨與應(yīng)變片粘貼方向成45°交叉紋，處理面積應(yīng)大于應(yīng)變片面積的三倍。然 后用浸有丙酮或無(wú)水酒精的棉球?qū)⒃摬课患捌渲車(chē)料锤蓛?，用鋼針?huà)出貼片定位線，再用棉球擦一下，以后不能再用手觸摸待貼片的部位。(3)貼片：

9、待丙酮或無(wú)水酒精揮發(fā)干燥后，一手用銀子鑲住應(yīng)變片的引出線，另一手在 應(yīng)變片基底底面上涂抹一層502膠水，立即將應(yīng)變片放在試件貼片處，并使應(yīng)變片 基準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)定位線。用一小片聚四氟乙烯薄膜(或臘紙)蓋在應(yīng)變片上，一手捏住引 出線，另一手用食指滾壓擠出多余的粘結(jié)劑和氣泡，切記要垂直用力，不能滑動(dòng)或 轉(zhuǎn)動(dòng)。手指保持不動(dòng)約一分鐘，待應(yīng)變片粘牢后再松開(kāi)。從應(yīng)變片無(wú)引出線的一端 開(kāi)始向有引出線的一端輕輕揭掉薄膜(臘紙)。檢查有無(wú)氣泡、翹曲、脫膠、移位等 現(xiàn)象，若有則需重新粘貼。注意膠水不能過(guò)多或過(guò)少，過(guò)多使膠層太厚，影響應(yīng)變 片性能，過(guò)少則粘貼不牢、不能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。應(yīng)注意不要被502交粘住手指，如被粘住可

10、用丙酮浸洗。粘結(jié)劑固化前，用銀子把引出線輕輕拉起，使它不與試件接 觸，以保證絕緣。(4)干燥固化：502膠可在室溫下固化，自然干燥1524小時(shí)。為加速固化，可在自然 干燥數(shù)小時(shí)后，用紅外線燈烘烤，溫度控制在 4080c范圍。切勿驟熱。(5)粘貼質(zhì)量檢查：用萬(wàn)用表檢查應(yīng)變片阻值是否正常，觀察應(yīng)變片位置是否正確。用 兆歐表測(cè)量電阻應(yīng)變片與構(gòu)件間的絕緣電阻，要求在100兆歐以上。絕緣電阻偏低時(shí)，應(yīng)變片的零飄、滯后等現(xiàn)象都較嚴(yán)重，會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。(6)導(dǎo)線的焊接與固定：焊接前在引出線下面粘一層絕緣層(可用透明膠帶)，以保證引出線焊點(diǎn)處的絕緣。將測(cè)量導(dǎo)線用膠布固定在試件上，使導(dǎo)線一端與應(yīng)變片引出線

11、 靠近，并事先將導(dǎo)線塑料皮去掉約3 mrfi涂上錫，然后用電烙鐵將應(yīng)變片引出線與 測(cè)量導(dǎo)線焊牢，防止虛焊。焊接要迅速、準(zhǔn)確、時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)產(chǎn)生氧化物， 降低焊點(diǎn)質(zhì)量。導(dǎo)線連接后，把應(yīng)變片接入應(yīng)變儀，調(diào)平衡后觀察幾分鐘，如讀數(shù) 有較大變化，表明粘層中有氣泡或局部剝離，這都要采取措施或重新貼片。(7)防潮保護(hù)：粘貼好的應(yīng)變片，會(huì)因受潮降低粘貼性能，甚至脫落。因此接好導(dǎo)線后 應(yīng)立即涂上防護(hù)層，短期防護(hù)可用中性凡士林，長(zhǎng)期防護(hù)可用704膠、環(huán)氧樹(shù)脂、氯丁橡膠等。保護(hù)層厚約12 mm 周邊超出應(yīng)變片1020 mm五、應(yīng)變電橋L |冢2 ” 為惠斯隹電橋,閽中川占、Z?<7、CJJ和ZA4四個(gè)

12、橋臂上的電阻分別為凡、K0、我 在啟、。上搔 摘入中,保上.*另一對(duì)倬6、。為輸出端*摘出電壓為乙心. 且口皿=1九-口皿r & t。耳圖2 22電橋由歐姆定律仃1知:E=J 依十支JT/'十足將公，4代入式2為經(jīng)整理后得出(2 - 6)如果四個(gè)橋瞽的電陽(yáng)柑等，/ =&=/=&=/7,則電橋平蒯4”=0。用相同型號(hào).相 同阻值的四個(gè)應(yīng)變片粘貼在物件上并縱成相應(yīng)的橋跖試件受力機(jī)其應(yīng)變片電阻值不產(chǎn)生 變化.他電橋平衡，即4 = 0； “1試件受力后，備應(yīng)變片的電阻發(fā)生改變.自變量分別為 川小困、城/必丁電橋失去平甑將有個(gè)不平衡電壓E1,輸出，由式(26)可得該輸 出

13、電壓力一忙+ AA帆+嶼)一代廠”旅/Aa)Um工 /sv(2 ，)Ti n F、 J'Ir因試件啜力后電阻應(yīng)變片的電阻變化皿與原電阻值發(fā)相比.一般是非常微小的,明 *<0?(4L2,備4).故明的高階微量可以省略I在分母巾皿相對(duì)于鳥(niǎo)也可省略. 于是RL&+%)應(yīng)十%)(2 - 8>如電橋的四個(gè)皆為相同的四個(gè)電阻應(yīng)變片，其初始電阻都相等,R、=RlR、=R尸R. 則式（2 - 8）簡(jiǎn)化為(2 - 9)E (此 火) 氏弋 AA 即二7晨 HF 7fJ已知芻上=互£ （二為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，為應(yīng)變），式匕-9）可改寫(xiě)為REK ,u麗=?。?#163;一出 +

14、/一 名）（2 - 10）式（2-10）表明工 竿為一常數(shù)，由應(yīng)變片感受到的應(yīng)變（鳥(niǎo)一0 + /-%）,通過(guò)電橋可 以線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓诩?，只要?duì)犯進(jìn)行標(biāo)定,就可用儀表指示出所測(cè)量的（4一七十&-&）,即£儀=（與一 + /一的）（2 - 10式中：后是代數(shù)值，拉應(yīng)變?yōu)檎?田應(yīng)變?yōu)樨?fù)d相鄰的兩個(gè)橋旨（例如可、/、）符號(hào)粕 減I相對(duì)的兩個(gè)橋臂（例如/、/）符號(hào)相加，合理利用這-性質(zhì)，有利于提高測(cè)策靈敏度r 減少誤差.如果將不同符號(hào)的應(yīng)變按照不同的順序組橋.會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量效果，因此，可 靈活地運(yùn)川公式進(jìn)行正確的布片和組橋，這就是電橋的加減特性1上述為四個(gè)橋臂都為電

15、阻應(yīng)變片的情況，林為全橋冽量電器。如果只有45橋臂匕接應(yīng) 變片,即僅有一增量A/fi感受應(yīng)變其他三個(gè)橋臂不參與機(jī)械變形，為冏定電阻，這 種接戰(zhàn)方式為1/4橋接戰(zhàn)法，由式（2 - 10）得到輸出電樂(lè)為EX“曲=5 1 £氣二員（2 - 12）4式（2 - 12）表明，儀器上測(cè)出的應(yīng)變量即為電阻R相應(yīng)的應(yīng)變口同理，可在橋.AB和瓦？上接兩個(gè)電網(wǎng)3另外兩個(gè)為不會(huì)燈機(jī)械變形的儀器內(nèi)部屯口I,小成半橋進(jìn)行涮 品則EK ,、F 、三工一（6一%）*E蚊三E _%（2 _ 13）式中：£是代數(shù)值，拉應(yīng)變?yōu)檎粦?yīng)變?yōu)樨?fù)小捫鄰的兩個(gè)橋臂（例如a、仆）符號(hào)相 減，相對(duì)的兩個(gè)橋臂（例如和、白）

16、符號(hào)相加，合理利用這一性質(zhì),有利于提高測(cè)量靈敏度, 減少誤差.如果將不同符號(hào)的應(yīng)變按照不同的順序組橋，會(huì)產(chǎn)生不同的利量效果，因此，可 靈活地運(yùn)用公式進(jìn)行正確的布片和組橋.這就是電橋的揄減特性.，上述為四個(gè)橋臂都為電阻應(yīng)變片的情況，稱(chēng)為全橋測(cè)量電路。加果只有用舊橋身上接應(yīng) 變片.即僅明有一增量白與感受應(yīng)變目，其他三個(gè)橋臂不參與機(jī)械變形,為冏定電阻，這 種接線方式為1橋接線法,由式（2 - 10）得到輸出電壓為EK% = 1-£，E儀二句（2 12）4式（2-12）去明，儀器上惻出的應(yīng)變量即為電阻R相應(yīng)的應(yīng)變，同理，可在橋小和灰？上接兩個(gè)電阻片，另外兩個(gè)為不會(huì)引機(jī)械變出的儀器內(nèi)部電阻，組

17、成半橋瓏行測(cè) Sr則2、溫度補(bǔ)償粘貼在構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片除了機(jī)械變形的影響外，當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度變化時(shí)，電阻值也將隨之改變。而由溫度引起的電阻變化與變形引起的電阻變化的數(shù)量級(jí)相當(dāng)，因此對(duì)測(cè)量結(jié)圖2-233)為懸臂梁,一，作為工作片,接在橋臂A丹上，其應(yīng)變由變形和溫度影響 的部分組成，C + ” 如果將另一應(yīng)變片月2 f與火】具有相同參數(shù)),粘貼在與 被測(cè)構(gòu)件材料相同的補(bǔ)償訓(xùn)匕也不受外力作用,與處于同一溫度場(chǎng)中跖=的爆.并將 ?”接在橋臂畫(huà) 上*由式(2 - 13)將應(yīng)變儀讀數(shù)為；(2 )工作片補(bǔ)償法這種方法不露及另設(shè)補(bǔ)償塊,而是將幾個(gè)參數(shù)相同的工作片粘貼在同構(gòu)件適片的tf置 匕因此它們受溫度影響而

18、引起的應(yīng)變相同,利用電橋的加減特性，通過(guò)合理組橋可自行消 除溫度影響.02-23 (U.在面e 匕下表面沿軸向右貼了一個(gè)應(yīng)變片, &組成 半橋r/=竹變靜+£»句=今受帝+鋁,國(guó)上表面受拉,下表面受壓土 &與&由變形弓I 起的應(yīng)變大小相等、方向相反公交后二一年變肥溫度影響可自行抵消，并提高了溯量靈敏門(mén)Q=%一心=2£變居,£變電二二六、本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理1、由于試件可能會(huì)有初曲率，另外試驗(yàn)機(jī)夾頭難免會(huì)在存在一些偏心作用使試件兩側(cè)面應(yīng)變不相同，即試件除產(chǎn)生拉伸應(yīng)變外，還附加了彎曲變形，因此在測(cè)量中需消除彎曲變形的影響。因此可選擇全橋接法測(cè)出由軸向拉力引起的正應(yīng)變。 具體方法如下:按如上圖所示方式連接成全橋, 分別代表兩個(gè)溫度補(bǔ)償片。則有：其中 R和R分別代表前后兩個(gè)電阻應(yīng)變片；Rti和Rt2其中:1 2 t tFnMtFnMtd2七、數(shù)據(jù)記錄與處理： 2試件尺寸：長(zhǎng)：12.30 mm；范：1.41mm；橫截面積：17.34 mm數(shù)據(jù)記錄表格：« ( N)F(N)正應(yīng)力增量(MPa)應(yīng)變()Fn ()200000040020011.5411959.560040023.0723811980060034.