电阻应变计的常规使用技术

电阻应变计的常规使用技术
在应变测量时，只有正确选用和安装使用应变计，才能保证测量精度和可靠性，达到预期的测试目的。
2.7.1电阻应变计的选择
应变计的种类繁多，选用时应根据测试的环境条件、被测构件的应变状态、被测构件的材料性质、应变计的尺寸和电阻值及测量精度等因素来决定。
一般的选用原则是：
1.根据测试的环境条件
（1）环境温度 测量时应根据构件的温度选择合适的应变计，使得在给定的试验温度范围内，应变计能正常工作。
（2）环境湿度 潮湿对应变计性能影响极大，会出现绝缘电阻降低、粘结强度下降等现象，严重时则无法进行测量。为此，在潮湿环境中，应选用防潮性能好的胶膜应变计，如酚醛－缩醛、聚脂胶膜应变计等，并采取恰当的防潮措施。
（3）磁场环境 应变计在强磁场作用下，敏感栅会伸长或缩短，使应变计产生输出。因此，敏感栅材料应采用磁致伸缩效应小的镍铬合金或铂钨合金。
2.根据被测构件的应变状态

（1）应变分布梯度 应变计测出的应变值是应变计栅长范围内的平均应变值。因此当应变沿试件轴向为均匀分布时，可以选用任意栅长的应变计，而对测试精度无直接影响。栅长大的应变计，其横向效应系数小，且粘贴也比较容易。如果是对应变梯度大的构件进行测试，则应视具体情况选用栅长小的应变计。
（2）应变性质 对于静态应变测量，温度变化是产生误差的重要原因，如有条件，可针对具体试件材料选用温度自补偿应变计。
对于动态应变测量，应选用疲劳寿命高的应变计，如箔式应变计。
3.根据被测构件的材料性质
（1）若被测构件的材料为弹性模量较高的均质材料（如金属材料），则对应变计无特殊要求。
（2）若被测构件的材料为非均质材料（如木材、混凝土等），则应选用栅长较大的应变计，以消除因材料不均匀而带来的影响。用于混凝土表面应变测量的应变计，其栅长一般应比颗粒的直径大四倍以上。
4.根据应变计的尺寸
应变计尺寸的选择，是根据试件的材料和应力状态，以及允许粘贴应变计的面积而定 。例如，对于混凝土、铸铁、木材等表面粗糙、不匀的材料，选用栅长较大的应变计。对于表面光滑、均匀的材料，选用栅长较小的应变计。对于试件表面应力分布均匀或变化不大，且允许粘贴面较大的情况下，选用栅长较大的应变计。若在试件的应力集中区域，或允许粘贴面积很小的情况下，选用栅长≤1mm的应变计。对于塑料等导热性差的材料，一般选用栅长大的应变计。应变计的尺寸越小，则对粘贴质量的要求越高。因此，在确保测量精度和有足够安装面积的前提下，选用栅长较大的应变计为宜。
如果应变计用于动态应变测量，则选择应变计的栅长时，还应考虑应变计对频率的响应等要求。
5.根据应变计的电阻值
应变计电阻值的选择，一般根据测试仪器对应变电阻值和测量应变灵敏度的要求，以及测试条件等而定。例如，应力分析测试常用的电阻应变仪通常是按应变计电阻值为120+5Ω进行设计的，因此，应力分析测试时，普遍选用电阻值为120Ω的应变计。而传感器上通常选用高电阻值（如350Ω、500Ω、1000Ω，甚至5000Ω）的应变计，因为这样可以提高其稳定性或输出灵敏度。有时为了减少应变计引线和连接导线的电阻对应变计应变灵敏度的衰减作用，或为了提高动态应变测量的信噪比，也选用高电阻值的应变计。
6.根据测试精度
一般认为以胶膜为基底、以铜镍合金和镍铬合金材料为敏感栅的应变计性能较好，它具有精度高、长时间稳定性好以及防潮性能好等优点。
2.4.2电阻应变计的粘贴
常温应变计的安装通常采用粘贴法。因此，粘结工艺是应变测试中非常重要的环节。应变计粘结得好坏，直接影响到构件表面的应变能否正确、可靠地到传递敏感栅，影响到测试的精度。下面将应变计粘贴的操作过程作简单介绍。
1.检查和分选应变计
贴片前应对应变计进行外观检查和阻值测量。检查应变计的敏感栅有无锈斑、基底和盖层有无破损、引线是否牢固等。阻值测量的目的是检查应变计是否有断路、短路情况，并按阻值进行分选，以保证使用同一温度补偿片的一组应变计的阻值相差不超过0.1Ω。
2.粘贴表面的准备
首先除去构件粘贴表面的油污、漆、锈斑、电镀层等，用砂布交叉打磨出细纹以增加粘结力，接着用浸有酒精（或丙铜）的纱布片或脱脂棉球擦洗，并用钢画针画出贴片定位线。最后，再进行一次擦洗，直至纱布片或棉球上不见污迹为止。
3.贴片
在应变计的底面和处理过的粘贴表面上，各涂一层薄而均匀的胶，用镊子将应变计放上并调好位置，然后盖上氟塑料薄膜，用手指揉和滚压，挤出多余的胶，并排除应变计下面的气泡，使应变计和试件完全贴合。适当时间后，由应变计无引线的一端开始向有引线的一端揭掉氟塑料薄膜，用力方向尽力与粘结表面平行。
4.固化
贴片时最常用的是氰基丙稀酸酯粘结剂（如502胶水、501胶水粘结剂）。用它贴片后，只要在室温下放置数小时即可充分固化，而具有较强的粘结能力。对于需要加温固化的粘结剂，应严格按规范进行。一般是用红外线灯烘烤，但加温速度不能太快，以免产生气泡。
5.测量导线的焊接与固定
待粘结剂初步固化以后，即可焊接导线。常温静态应变测量时，导线可采用ф0.1~0.3mm的单丝纱包铜线或多股铜芯塑料软线。
导线与应变计引线之间最好使用接线端子片，如图2-14所示。它是用敷铜板腐蚀而成。接线端子片应粘贴在应变计附近，将导线与应变计引线都焊在端子片上。常温应变计均用锡焊。为了防止虚焊，必须除尽焊接端的氧化皮、绝缘物，再用酒精、丙酮等溶剂清洗，焊接要准确迅速。
已焊好的导线应在试件上沿途固定。固定的方法有用胶布粘、用胶粘（如用502胶粘）等。

图2-14 接线端子片固定导线示意图
6.检查
对已充分固化并已接好导线的应变计，在正式使用前必须进行质量检查。除对应变计作外观检查外，还应检查应变计是否粘贴良好、贴片方位是否正确、有无短路和断路、绝缘电阻是否符合要求(一般不低于100MΩ)等。
2.7.3电阻应变计的防护
对安装后的应变计，应采取恰当的防潮措施。防护方法的选择取决于应变计的工作条件、工作期限及所要求的测量精度。对于常温应变计，常采用硅橡胶密封剂防护方法。这种方法是用硅橡胶直接涂在经一般清洁处理的应变计周围，在室温下经12~24小时即可粘合固化，放置时间越长，粘合效果越好。硅橡胶使用方便、防潮性能好、附着力强、储存期长、耐高低温、对应变计无腐蚀作用，但强度较低。另外，环氧树脂、石蜡或凡士林也可做防潮保护材料。