应变片的相关介绍
1引言
应变片是试验里用来测量变形的小电阻片，现有的金属机械的测试手段是通过检验人员定期在金属结构上粘贴临时应变片进行应力测试，然后根据采集到的数据进行分析处理。现有的测试方法基本选用电阻应变片，其具有测试方便、灵敏度高、测试速度快、试验成本低、可以多点测试等优点。，最初的应变片耐疲劳性差，横向效应（电阻应变片沿垂直于轴向的横向应变引起的阻值的变化）较大，横向效应越小，测试结果越准。确随着材料科学和工艺技术的不断进步产生了很多种类的应变片按敏感栅不同可以分为丝式应变片、箔式应变片、半导式应变片等，针对一些特殊环境还有裂纹应变片、大应变应变片、温度应变片等。本文主要描述了电阻式应变片的工作原理和粘贴过程，在最后介绍了几种不同的应变片类型。
2应变电测技术
应变电测技术是应变测量中使用最广泛的一种测试方法，它通过测量粘贴在结构表面应变片的阻值变化，然后转换为电压或电流的变化，获得应变读数。其转换过程如图1所示。
图1电阻应变片测试方法应变测试过程
电阻应变片的工作原理是基于导体或半导体的电阻应变效应，即导体或半导体在受到外力作用下会发变形，其阻值也会随着变形而发生变化的现象。虽然应变片的种类繁多，但其结构基本相同，主要包括敏感丝栅、基底、覆盖层、粘贴剂、引出线，如图2所示。
图2丝式电阻应变片构造简图
1）敏感丝栅：敏感丝栅是应变片的核心部分，其作用是将应变变化转换为电阻值变化，一般采用直径为0.mm左右的镍铬或康铜细丝制成，为了更好的使应变片感受结构的变形电阻丝一般做成栅状。
2）基底和覆盖层：基底具有固定丝栅和引出线位置且使电阻丝与被测物绝缘的作用。覆盖层不仅具有保护电阻丝被意外损伤的作用，同时也起着固定敏感丝栅和引出线的作用。
3）粘贴剂：粘贴剂将敏感栅固定于基底上，同时将盖片与基底粘贴在一起。常用的粘贴剂分为有机和无机两大类，如酚醛树脂、有机硅树脂、聚丙烯酸酯等有机粘贴剂主要用于低温和常温应变片粘贴，磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐等有机粘贴剂主要用于高温。
4）引出线：引出线是敏感丝栅引出来的金属线。
3应变片粘贴工艺
电阻应变片粘贴质量的优劣是影响电阻应变测量结果的主要原因。应变片的粘贴要求粘贴牢固、定位准确、焊接可靠、绝缘性好、防潮措施充足。
3.1选择应变片并检查
检测波纹管的应变，一般采用电阻式应变片。选择好应变片后，先对应变片进行外观检查，借助放大镜检查应变片是否存在气泡、锈斑、丝栅是否平整等，然后通过万用表检查应变片有无短路，且要求在同一测区的应变片阻值相差不超过0.5Ω。
图3应变片的检测
3.2除锈，去除保护膜
将应变片所要粘贴的部位（范围要大于应变片的面积）用砂纸（#~）打磨，直到去除涂漆锈迹及镀金等。若波纹管产品刚出厂送来检测，感觉可以忽略这一步。
图4除锈
3.3确定粘贴位置
在需要测量应变的位置沿着应变的方向做好记号。使用4H以上的硬质铅笔或划线器，注意在使用划线器时，不要留下深的刻痕。用断裂力学理论来说，较深的刻痕被认为是一个初始裂纹，对应变的测试会产生影响。
图5确定粘贴位置
3.4对粘贴面的清洁
用棉球蘸取清洗剂（丙酮）对要粘贴应变片部位进行清洁。在清洁过程中，沿着一个方向用力擦拭，如果来回擦拭会使污物反复附着，无法擦拭干净。擦洗2~3遍后，表面不再用手接触。
图6粘贴面的清洁过程
3.5涂粘贴剂
首先要确认好应变片的正反面。向应变片的背面滴一滴粘贴剂。如果涂抹粘贴剂的话先涂抹部分的粘贴剂会出现硬化，使粘性下降，因此不使用涂抹的方式。
粘胶剂的选择是贴片成功与否的关键，目前市场上可用于粘贴的胶水种类很多，在实际工程中运用较普遍的是胶水。在常温下固化速度快一般只需要十秒左右。在应变粘贴时先将胶水涂抹在应变片上，然后让应变片的方位线与构件表面的画线重合，这时在应变片上覆盖一层透明薄膜（聚氟乙烯薄膜）并用手指在薄膜上方滚压挤出多余的胶水和气泡。对于应变片粘贴不牢固的部位，如应变片的两端，可以对其进行补充粘贴。
看到有人分享应变片粘贴心得，建议不要用速干的胶，因为速干的经常会粘不结实；非速干的胶水，要想贴的结实，在粘上之后要用手按压35~40秒，用体温给胶水创造一个粘接环境。通常情况下，压够40秒的应变片，效果都会很好。按应变片的手不能太用力，太用力了反而粘不好，而且还会让手指发酸。
3.6粘贴
将滴有粘贴剂的应变片及时粘在所作记号的中心位置。
图7粘贴
3.7加压
在粘贴位置的应变片上面盖上聚四氟乙烯薄膜，并用手指轻压，挤出多余胶水和空气。第五，六，七步要连贯快速地进行，将放好的应变片取下调整位置重新粘贴时会使粘性极大降低。
图8加压
3.8防护
加压一分钟左右，取下聚四氟乙烯薄膜，确认是否已粘贴牢固。这样整个粘贴过程结束。为了达到更好的效果，最好将应变片放置60分钟左右等粘贴剂完全硬化后再涂抹上胶进行防护。当应变片粘贴检查合格后应及时的对应变片进行防潮处理。对于应变片的短期防护可以采用凡士林，对长期防护可采用环氧树脂之类的胶水。现在使用最普遍的是硅胶、硅胶对应变片和接头进行防潮处理。
4.其他类型的应变片
4.1光纤应变测试
光纤的全称叫光导纤维，其构造与同轴电缆类似，内部由一根或多根纤芯组成，纤芯外层为保护材料，其构造图如9所示。
图9光纤构造图
掺石英光纤材料对紫外光十分的敏感，利用其这个特性，光纤光栅传感技术通过紫外写入技术对光纤内部写入的光栅反射或透射布拉格波长的检测，实现对被测结构的应变和温度的测量。
图2-10光纤布拉格光栅的传感基本原理图
与其他测试方法比较，光纤应变测试技术具有以下优点
1）具有较强的抗干扰能力，对试验条件要求低，耐久性好，适用于长期监控。
2）光纤传感器体积小，对结构的影响较小，易于布置。
3）灵敏度高
虽然光纤应变测试技术具有很多的优点，但同样存在许多问题，如制造价格较高，技术复杂，需要许多的辅助设备且价格昂贵，可靠度较低，使用不方便等问题。
4.2振弦式应变测量技术
振弦应变测量技术的原理是：将一定标距长度的钢弦张拉在两个端块间，端块固定在被测结构上，当被测结构发生变形时固定在其表面的两个端块也会跟着产生位移，从而引起钢振弦的张力发生变化使振弦的谐振频率发生变化，通过对振弦的谐振频率变化的测试得到被测结构的应变。
图2-12振弦式应变计图
图2-13BGK-型振弦式弧焊型应变计
与其他应变测试方法相比，振弦式应变测试方法具有以下优点：
1）分辨率高，测试结果精确、可靠。
2）抗干扰能力强，能够满足野外测量要求。
3）易于实现全自动化数据采集、远距离测试、遥控测试和多点同时测量。
4）安装方便，测试方法简单。
虽然振弦式应变测试技术具有很多优点，但也存在以下问题：
1）响应速度较慢，不宜用于动态应变测量。
2）应变测量范围一般为-με—με，超出此应变范围的应变无法测量。
3）应变计标距较大，对于梯度变化较大的结构不能采用此种测量方法。
4）测试仪器和元件价格较昂贵