電阻應(yīng)變片:電阻應(yīng)變片,是由用于測(cè)量應(yīng)變的元件。它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。電阻應(yīng)變片是由Φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片中(基底)制成。用鍍銀銅線與應(yīng)變片絲柵連接,作為電阻片引線。
形式:電阻應(yīng)變片有多種形式,常用的有絲式和箔式。它是由直徑為0.02~0.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片(基底)中制成,用鍍錫銅線與應(yīng)變片絲柵連接作為應(yīng)變片引線,用來(lái)連接測(cè)量導(dǎo)線。
測(cè)量原理:電阻應(yīng)變片的測(cè)量原理為:金屬絲的電阻值除了與材料的性質(zhì)有關(guān)之外,還與金屬絲的長(zhǎng)度,橫截面積有關(guān)。將金屬絲粘貼在構(gòu)件上,當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí),金屬絲的長(zhǎng)度和橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化,進(jìn)而發(fā)生電阻變化。
dR/R=Ks*ε
其中,Ks為材料的靈敏系數(shù),其物理意義是單位應(yīng)變的電阻變化率,標(biāo)志著該類(lèi)絲材電阻應(yīng)變片效應(yīng)顯著與否。ε為測(cè)點(diǎn)處應(yīng)變,為無(wú)量綱的量,但習(xí)慣上仍給以單位微應(yīng)變,常用符號(hào)με表示。
由此可知,金屬絲在產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)時(shí),應(yīng)變ε與電阻變化率dR/R成線性關(guān)系,這就是利用金屬應(yīng)變片來(lái)測(cè)量構(gòu)件應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。
粘貼步驟:1.應(yīng)變計(jì)準(zhǔn)備
貼片前,將待用的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行外觀檢查和阻值測(cè)量。外觀檢查可憑肉眼或借助放大鏡進(jìn)行,目的在于觀察敏感柵有無(wú)銹斑,缺陷,是否排列整齊,基底和覆蓋層有無(wú)損壞,引線是否完好。阻值測(cè)量JM3840四分之一橋測(cè)量電阻。目的在于檢查敏感柵是否有斷路、短路,并進(jìn)行阻值分選,對(duì)于共用溫度補(bǔ)償?shù)囊唤M應(yīng)變計(jì),阻值相差不得超過(guò)±0.5。同一次測(cè)量的應(yīng)變計(jì),靈敏系數(shù)必須相同。
2.構(gòu)件表面處理
對(duì)于鋼鐵等金屬構(gòu)件,首先是清除表面油漆、氧化層和污垢;然后磨平或銼平,并用細(xì)砂布磨光。通常稱(chēng)此工藝為“打磨”。 打磨光潔度應(yīng)達(dá)▽5左右。對(duì)非常光滑的構(gòu)件,則需用細(xì)砂布沿45°方向交叉磨出一些紋路,以增強(qiáng)粘結(jié)力。打磨面積約為應(yīng)變計(jì)面積的5倍左右。打磨完畢后,用劃針輕輕劃出貼片的準(zhǔn)確方位。表面處理的最后一道工序是清洗。即用潔凈棉紗或脫脂棉球蘸丙酮或其它揮發(fā)性溶劑對(duì)貼片部位進(jìn)行反復(fù)擦洗,直至棉球上見(jiàn)不到污垢為止。
3.貼片
貼片工藝隨所用粘結(jié)劑不同而異,用502膠貼片的過(guò)程是,待清洗劑揮發(fā)后,先在貼片位置滴一點(diǎn)502膠,用應(yīng)變計(jì)背面將膠水涂勻,然后用鑷子撥動(dòng)應(yīng)變計(jì),調(diào)整位置和角度。定位后,在應(yīng)變計(jì)上墊一層聚乙烯或四氟乙烯薄膜,用手指輕輕擠壓出多余的膠水和氣泡 待膠水初步固化后即可松開(kāi)。粘貼好的應(yīng)變計(jì)應(yīng)保證位置準(zhǔn)確,粘結(jié)牢固、膠層均勻、無(wú)氣泡和整潔干凈。
4.導(dǎo)線的焊接與固定
粘結(jié)劑初步固化后,即可進(jìn)行焊線。常溫靜態(tài)測(cè)量可使用雙芯多股銅質(zhì)塑料線作導(dǎo)線,動(dòng)態(tài)測(cè)量使用三芯或四芯屏蔽電纜作導(dǎo)線。應(yīng)變計(jì)和導(dǎo)線間的連接最好通過(guò)接線端子,焊點(diǎn)確保無(wú)虛焊。導(dǎo)線最好與試件綁扎固定,導(dǎo)線兩端 根據(jù)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)作好標(biāo)記。
5.貼片質(zhì)量檢查
貼片質(zhì)量檢查包括外觀檢查、電阻和絕緣電阻測(cè)量。外觀檢查主要觀察貼片方位是否正確,變計(jì)有無(wú)損傷,粘貼是否牢固和有無(wú)氣泡等。測(cè)量電阻值可以檢查有無(wú)斷路、回路。絕緣電阻是最重要的受檢指標(biāo)。絕緣好壞取決于應(yīng)變計(jì)的基底,粘貼不良或固化不充分的應(yīng)變計(jì)往往絕緣電阻低。
6.應(yīng)變計(jì)及導(dǎo)線的防護(hù)
應(yīng)變計(jì)受潮會(huì)降低絕緣電阻和粘結(jié)強(qiáng)度,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使敏感柵銹蝕;酸,堿及油類(lèi)浸入甚至?xí)淖兓缀驼辰Y(jié)劑的物理性能。為了防止大氣中游離水分和雨水、露水的浸入,在特殊環(huán)境下防止酸、堿、油等雜質(zhì)侵入,對(duì)已充分干燥、固化,并已焊好導(dǎo)線的應(yīng)變計(jì),立即涂上防護(hù)層。 常用室溫防護(hù)劑有: 1.凡士林;2.蜂 ;3.石灰、炮油和松香混合物;4.環(huán)氧樹(shù)脂。
分類(lèi)(1)絲繞式
用電阻絲盤(pán)繞電阻片稱(chēng)為絲繞式電阻片,目前廣泛使用的有半圓彎頭平繞式,這種電阻片多用紙底和紙蓋,價(jià)格低廉,適于實(shí)驗(yàn)室廣泛使用,缺點(diǎn)是精度較差,橫向效應(yīng)系數(shù)較大。
(2)短接式
這種電阻片的制作比較容易,在一排拉直的電阻絲之間,在預(yù)定的標(biāo)距上用較粗的導(dǎo)線相間地造成短路,這種電阻片有用紙底的,也有用膠底的。短路接式電阻片的優(yōu)點(diǎn)是幾何形狀比容易于保證,而且橫向效應(yīng)系數(shù)近于零。
(3)箔式電阻片
它是在合金箔(康銅箔或鎳鉻箔)的一面涂膠形成膠底,然后在箔面上用照相腐蝕成形法制成的,所以幾何形狀和尺寸非常精密,而且由于電阻絲部分是平而薄的矩形截面,所以粘貼牢固,絲的散熱性能好,橫向效應(yīng)系數(shù)也較低,和絲繞式應(yīng)變片相比,箔式片有下列優(yōu)點(diǎn):
a.隨著光刻技術(shù)的發(fā)展,箔式片能保證尺寸準(zhǔn)確、線條均勻,故靈敏系數(shù)分散性小。尤其突出的是能制成柵長(zhǎng)很小(如 0.2mm)或敏感柵圖案特殊的應(yīng)變片。
b.箔式片柵絲截面為矩形,故柵絲周表面積大,因而散熱性好。這樣,在相同截面積下,允許通過(guò)的電流較絲繞式片的大(φ 0.025mm 的康銅比繞式應(yīng)變片允許電流以約35Ma,箔式片可大幾倍),使測(cè)量有輸出較大信號(hào)的可能。另外,表面積大使附著力增加,有利于變形傳遞,因而增加了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
c.箔式片敏感柵橫向部分的線條寬度比縱向部分的大得多,因而單位長(zhǎng)度的電阻(ζ),也小很多,使箔式片橫向效應(yīng)很小。
d.箔式片均為膠基,故絕緣性好,蠕變和機(jī)械滯后小,耐濕性好。
e.便于成批生產(chǎn),生產(chǎn)率高。
由于箔式應(yīng)變片有這些特點(diǎn),故在常溫的應(yīng)變測(cè)量中將逐漸取代絲繞式應(yīng)變片。
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