电阻应变

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（φ 0.025mm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。