应变片贴法注意事项

应变片贴法注意事项 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
应变计粘贴、连接、防护方法简述
在电阻的各种安装方法中，粘贴法应用最多。

应变计粘贴质量的好坏，是决定应变测试成功与否的关键因素之一，因此，粘贴时必须严格按照粘贴的工艺流程进行操作。

一、应变计粘贴和防护的工艺流程：
（1）应变计选择→（2）胶粘剂选择→（3）构件打磨→（4）表面清洗→
（5）画线定位→（6）应变计清洗→（7）涂敷底胶→（8）应变计粘贴→（9）加热固化→（10）贴片质量检查→（11）引线连接→（12）质量检查→（13）常温及温度性能补偿→（14）质量检查→（15）性能测试→（16）防护处理。

二、应变计粘贴工艺方法
使用不同粘结剂粘贴应变计的工艺是有差异的，这里我们只对其中的一些共同性的内容加以介绍。

（1）应变计的准备
应变计的准备是指应变计的选择、应变计检查和应变计表面处理。

应变计的
选择我们在前面已经做了专门介绍，这里仅介绍其它两方面的内容。

a.应变计检查：包括外观检查和阻值检查
外观检查主要看基底和盖层有否破损，敏感栅有否锈斑，引线有无折断的危
险，敏感栅排列是否整齐，有无短路、缺口、断栅、划伤和变形，基底是否有气泡、皱折、坑点存在。

测量电阻应该精确到Ω。

b.应变计表面处理
应变计在使用前，要用脱脂棉浸无水乙醇擦洗，注意两面都要清洗，对没有
盖层的应变计，要顺着敏感栅的方向轻轻擦洗，洗净后用红外线灯或其它烘干装置烘干备用。

（2）粘贴表面的处理
为了使应变计粘贴牢固，需要对粘贴表面进行机械、化学处理、处理范围约
为应变计面积的3-5倍。

首先除去油污、锈斑、氧化膜、镀层、涂料等，根据试件材料选用粒度为220-400#的砂纸进行打磨，并打出与贴片方向呈45°角的交叉条纹，然后用浸有丁酮或丙酮的脱脂棉球清洗打磨部位，并用无水乙醇清洗至棉球上不见任何污渍为止。

注意，擦洗时要沿单一方向进行，不要来回交替擦拭。

清洗干净的表面要避免再次污染（如用嘴吹气）及手触摸，待溶剂挥发表面完全干燥后立刻贴片。

为保证应变计粘贴位置的准确，可用无油圆珠笔芯或划针在贴片部位轻轻划出定位线。

划线时，线不能划到应变计贴片部位下面，避免对应变计产生损伤。

经过划线的试件表面需用丙酮、无水乙醇、丁酮、三氯乙烷、异丙醇等溶剂对贴片试件表面单项清洗，并及时擦干或烘烤干，避免表面有油污残留或溶剂残留，对贴片质量产生致命性影响；贴片时，尽量保证应变计的位置准确，刷胶均匀性，胶量控制适量等；然后盖上聚四氟乙烯薄膜，用手指均匀挤压应变计，排除多余胶液和气泡，同时，轻轻拨动应变计，调整应变计位置，使其定位准确，真实反映测量点的应变。

（3）底胶处理
许多粘结剂要求涂底胶，并经适当的热固化处理。

底胶面积约为应变计面积
的倍。

底胶一般采用与贴片胶相同的粘结剂，厚度应控制在并按相应的固化参数进行充分固化。

在满足粘合和绝缘强度的前提下，粘结层（包括底胶）越薄越好，因为这样可以保持较强的传递应变能力，减少胶层的不均匀性，降低蠕变和灵敏系数分散。

有些粘结剂不需要涂刷底胶，如H-600、H-610等，这些粘结剂的粘结力强，绝缘强度高，蠕变小，特别适合制造传感器和精密应力分析。

（4）应变计粘贴
应变计粘贴是整个贴片过程中最关键的步骤，对测试精度有绝对影响。

粘贴
前，对所需的工具、量具（如镊子、刀片、玻璃板）用丙酮清洗干净，戴上洁净的细纱手套，用化妆笔在试件表面贴片部位和应变计基底上分别涂刷粘结剂，稍稍晾干，待胶液略有发粘时，将应变计的中心线对准试件的定位线准确的贴上，盖上一层聚四氟乙烯膜，沿应变计轴线方向用手指滚压3-4次，排净气泡并挤出多余胶液，按所用粘结剂的要求自然干燥适当时间后揭掉聚四氟乙烯薄膜。

注意，带有引线的应变计要从无引线的一端开始揭起，用力方向尽量与粘贴表面平行，以防将应变计带起。

粘贴完毕后，要对应变计进行认真检查，发现基底有损坏，敏感栅有变形、断路、短路，贴片位置不正确，有气泡，局部没贴上，绝缘强度不够等问题，应及时排除，或铲除重贴。

（5）固化
目前国内外常用的粘结剂大多数都需要加热固化。

温度、时间和压力是固化
的三要素，这三者都应严格按粘结剂的相应固化工艺规范加以保证。

应变计的加压一般是在其上依次铺垫聚四氟乙烯薄膜、硅橡胶板，再用夹具
或压块加压，对复杂型面，可用专门夹具加压，砂袋、捆扎加压也常常被采用。

为有效地消除内应力，一般在卸压后将温度升到高出加压固化温度30℃左右，保温1-2小时进行稳定化处理，具体的贴片固化参数可参考相应的贴片胶介绍，如H-600，贴片工艺为：初固化，加压，升温至135℃，保温2小时，然后降温到室温卸压，再升温至165℃，保温2小时，后降到室温即可。

（6）粘贴质量检查
加温固化后，对应变计的粘贴质量要作认真检查，检查项目有：
a.应变计粘贴前后阻值的变化；
b.绝缘电阻；
c.片内是否有残余的气泡；
d.贴片位置准确与否；
e.有否断路、短路或敏感栅变形。

三.组桥或焊接
如果在应变计表面焊接，焊接前，应用水砂纸或含砂橡皮轻轻擦除焊端表面
残留胶液和氧化物，并清洗干净，方便焊接，避免破坏焊端；焊接温度不能太高（常温应变计不能超过250℃），焊接时间不能太长，应迅速焊接，避免高温对应变计焊端产生损伤，降低绝缘强度等。

焊接引线应采用柔软，材质不能太硬的线材，以免长时间受力时，线材损坏或脱落；尽量在应变计焊端和接线端子之间的连接线上留出应力释放环，避免试件或弹性体长期受力或温度发生较大范围变化时，在连接线上形成内应力集中，造成引线拉断，使桥路或电路断路。

焊接后，助焊剂应清洗干净，不能有残留，以免对应变计的绝缘强度和阻值产生影响。

完毕后，应对其绝缘强度再次进行测量。

四、性能测试（主要针对传感器）
（1）加载性能测试
传感器装夹准确，无松动现象；加载点精准，无移位，最好是点对点加载；加载仪器自动加载，测试仪器采用自动巡检方式，减少人为因素的影响；线路连接完好，无接触不良、虚焊等现象。

（2）温度性能测试
模拟环境的温度设备控温精度要高，符合传感器测试要求，无温度梯度、瞬变等现象；根据传感器体积大小确定保温时间，必须使被测传感器内部温度均匀、恒定，达到要求的温度值，避免在传感器弹性体内部产生温度台阶；湿热条件下的测试，必须使周围环境的温度、湿度达到规定的要求。

（3）环境要求
室内环境条件必须达到国家标准要求，减少环境对传感器的影响。

五、防护处理
对已安装好的应变计采取可靠实用的防护措施，是保证应变计正常工作，提高测试精度的有效途径。

应变计防护的根本途径，是利用一定的材料或介质将应变计连同其附件与恶劣环境隔开，所以首先在应变计安装和使用过程中，谨慎、细心地操作，保持不用手直接接触就是一种有效的防护措施；其次就是利用涂敷保护层来进行防护，应变计的防护一般可选用AZ-709胶，对裸露部份进行防护，要求涂刷均匀，然后覆盖南大703、704、D04等硅橡胶即可。

应变计使用中容易出现的问题和对策
一、零点漂移
我们知道在应变计应用中最容易出现，也是最难控制的就是零点漂移，零点
漂移受各种因素的影响，以下我们就详细进行分析。

（1）绝缘电阻的影响
绝缘电阻是应变计的重要电性能指标，它的大小表现最直接的就是应变计的
零点漂移。

所谓绝缘电阻就是应变计敏感栅与被测构件或弹性体之间的电阻，如果绝缘强度降低或较低时，敏感栅和构件之间或弹性体之间就会有漏电流产生，进而影响到应变计的零点稳定性，即为漂移。

那么产生这一问题的因素有哪些，如何解决，是我们所关心的。

a.应变计焊接后，助焊剂未清洗或清洗不干净，引起绝缘强度下降。

因助
焊剂一般是活性好、浸润性好的材料，利于焊锡和焊端结合，但它也往往是一种离子物体，如果没有进行清洗或清洗不彻底，阳离子就会进行迁移，引起绝缘强度不能满足要求。

b.应变计焊接时由于烙铁漏电或温度过高、时间过长，引起应变计基底击
穿，造成绝缘强度下降。

针对这一问题，在使用烙铁时必须对其进行检测，保证其焊接端的绝缘强度，以避免产生击穿现象或对人身造成伤害；焊接时保证温度不能超过230℃，短时多次焊接，避免基底产生异化击穿。

c.应变计受潮造成绝缘强度下降。

这一现象主要由于应变计应用时防护不
好或应用过程中环境温度过大造成，这种漂移与a较为类似，所以在应用过程中，必须要将环境温度控制在60%以内；在应用时必须对应变计进行防护，避免水汽侵入，影响应变计稳定。

d.应变计被刺穿，造成绝缘强度下降。

这一问题主要是在贴片或组桥过
程中形成，如有坚硬物体夹持应变计或构件、弹性体表面毛刺、划痕等刺穿应变计或焊接时烙铁头过于尖利刺穿应变计等。

（2）贴片缺陷造成的影响
这一问题主要在贴片过程中形成。

a.贴片后存在虚空现象，造成应变计零点漂移。

这一现象主要表现为对光
检查时，就会发现应变计基底背面有异物感、发花，同时用软的物体对应变计施加力时，应变计电阻值就会发生变化，而去掉时，阻值很快就会恢复。

而由于虚空，造成应变计加电时局部热量增加产生热漂移所致。

b.贴片时胶层太厚或贴片后产生胶棱、鼓包等，造成应变计零点漂移。

这一现象主要表现为应变计背部有层次感、周围胶液残留较多、固化后留有胶棱、鼓包。

造成这一现象的主要原因是构件表面清洗不干净有颗粒或胶液涂刷不均匀或胶液过多。

（3）应变计浮栅或密封层脱起，造成应变计零点漂移。

a.应变计浮栅。

主要表现为侧光观察应变计时，发现应变计表面有针状亮
点或用显微镜观察时敏感栅有扭曲现象。

造成这一问题可能是环境温度过大或清洗溶剂含水量过大，造成应变计受潮所致。

b.密封层脱起。

主要表现为密封层有部份或全部脱起，造成这一问题的主
要原因是密封层与敏感栅的粘结力不够所造成，引起敏感栅散热不均匀。

二、贴片后阻值异常
一般情况下，应变计贴片后其阻值会有微小变化或不变，但有时用户会反映
应变计阻值发生很大变化，造成这问题的因素有以下几点：
（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。

（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）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
（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K S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=εL2/4h
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=K1·ε1=K任·ε任
因此即可算出所求的K1为：
K1=K任·ε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×100%
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%（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
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%.
2.环氧树脂类粘接剂
环氧树脂胶是用环氧树脂，掺入固化剂加热聚合的。

它与其它树脂胶相比，粘贴的材料范围广，品种多。

这种树脂固化时体积变化小，特别是常温固化时，收缩量很小。

因选用的树脂种类和固化剂的不同，其固化过程的温度要求也不同，分为常温固化及加热固化两种。

固化后粘接层抗剪强度为1-2㎏/m㎡，加热固化的粘接强度较大。

这种粘接剂对纸基和胶基应变片及箔式应变片均适用。

它适合于所有金属（但对含炭量多的铸钢，石墨等其粘接力很低）、玻璃、塑料（聚四氟乙稀、氯乙稀、聚乙稀等除外）、瓷器等材料，均有良好粘接性能。

这种粘接剂吸水率比较小，耐化学侵蚀性能好，可做防潮剂。

粘接剂由于使用的固化剂种类不同，其耐热性能也不同，一般耐热温度为70-140℃。

耐热温度高的粘接剂，其固化过程所需要的温度也高，固化时收缩量也大。

若在粘接剂中掺入适当的填料时,其固化时的收缩量可以减小，同时提高了热传导系数和抗剪强度。

我们试验室所用6101#环氧树脂是属于常温固化类的，使用的固化剂有低分子聚酰胺和乙二胺（固化剂）加二丁脂（增韧剂）两种。

用聚酰胺做环氧树脂固化剂，可以起增塑柔韧作用，比用乙二胺作固化剂的固化
时间长，所以可以给人以较长操作时间（约40分钟），而且，由于低分子聚酰胺用量的百分比范围较宽，对称量准确的要求不高，便于配制。

此种配胶无挥发物质，所以固化后不留下孔洞，绝缘好，并且具有良好的抗腐蚀性、耐水性、耐磨性、化学稳定性。

在常温下固化，可以不用红外线灯烤。

此种粘接剂的配方见表4。

另外，我们还用“914”室温快速固化环氧粘接剂，它由新型环氧树脂和新型胺类固化剂组成：该粘接剂分为A、B （即树脂、固化剂）两部分。

使用非常方便，只要近似按比例挤出混合使用即可。

绝缘、防潮均好。

3.氰基丙稀酸类粘接剂
目前使用的501胶、502胶是属于氰基丙稀酸类粘接剂。

它是一种不含溶剂的无色透明的液体，流动性好。

是在常温下吸收空气中的微量水份进行固化。

使用时仅用手指加压分钟便能固化。

所以现场使用很方便，短时间内可粘贴数量较多的应变片。

不论是纸基片、胶基片、或箔式应变片均可以使用。

但作长时间的应力测定或反复作用的应力测定时，其粘接力多少有些下降，防潮性稍差些。

4.其它类粘接剂
如BΦ-2胶、BΦ-4胶、BJI-2胶、BJI-4胶等，因要加温固化，使用不方便。

常用聚合型粘接剂表4。