众所周知,整车在实际工作过程中要经受来自内部和外部的各种各样的载荷,设计人员需要知道这些各式各样的载荷处于什么样的数量水平才能做出合理的设计,既避免过设计导致车辆相关结构非常长的时间用不坏,又避免欠设计导致车辆相关结构短时间内用坏,因此一辆整车的研发在定版之前需要大量的载荷试验工作,需要是由大量的结构件组成,而这些载荷试验中离不开最基本的测量单元—应变片。

图1 单向应变片

应变片可以测量整车结构的应变,应力,力,弯矩,扭矩,位移等相关信号,这种是将应变片贴到待测试件的表面,然后接到相关数据采集器上即可;还有一类应变片应用是将应变片贴到某些弹性体上,然后连接到测量转换电路,制成各样的力传感器,平时车辆载荷测量需要的力传感器和日常生活中见到的一些秤,都是内部应用的应变电路。

那么平时需要应变片安装使用的工作都有哪些步骤或者注意事项呢?

确认试验需求:

我们进行的应变测试工作都是来自设计部门的测试需求,他们的需求是测量结构上的应力还是测量某些实际力的载荷;还有试验的目的是什么,是了解一下实际载荷水平还是寿命评估;应变片的使用是与实际的实验目的结合的。

应变片的选型:

市场上应变片有很多种,网上也有大量的资料可以阅读而了解细微的差别,如果你不想到网上读大量文档去找出其中的区别的话,不妨联系一些应变片销售人员,将自己的需求简单介绍下,他们就能推荐最合适的应变片,尤其是一些特殊需求的应变片。

图2 各类型应变片

待测件或者待测车辆状态检查:

有些时候设计部门突然提出了项载荷测试要求,我们的待测件没有或者已经有的已经不再适合进行测试了,这时候要沟通好是否真的有必要测量;还有有些试验测量后期做了一些参数更改或者其它更改导致车辆一些行为会发生略微变化,这时候我们需要确认一下哪些参数已经发生改变或者结构更改,这些改变会导致哪些影响,是否会影响到我们的载荷测量,即核实清楚我们的测试是不是对的测试,是不是设计人员想要的环境下的结果。

应变片常规检测:

我们在提前准备应变片的同时其实就完成了这项工作,主要是目测应变片有无破损,敏感栅有无锈斑,单片对应的两个引线有无折断的危险,基底是否有气泡、皱折、坑点存在,还需要测量一下阻值是否正常,但是这种检查也是基于对应变片由于经常换包装挪动等产生的一些质量方面的怀疑。一般情况下我们把应变片保存在其发货对应的包装里,其状态还是比较好的,这时候可以忽略掉刻意检查。

样件表面处理:

应变片不是直接贴在样件表面,这样会直接贴在漆上或者铁锈上了,这样粘贴不牢固,也得不到准确的结果,事先应该先将待贴点打磨出一个小区域,如果是单片应变片的话,大拇指甲大小区域即可。钢材试件结构表面的铁锈可用手持式电动砂轮去锈,然后根据试件材料选用粒度为220-400#的砂纸进行打磨,之所以打磨的原因是钢材表面如果太粗糙的话,应变片不容易贴好,太光滑的话应变片容易打滑,一般是砂纸打磨方向与贴片方向成45°,估计这种要求下应变片容易粘贴。

划线定位:

为了确保应变片粘贴位置的准确性,可用类似圆规的工具在贴片部位轻轻画出十字定位线,画线时当线经过贴片点的时候要轻轻用力避免刻痕过深,避免可能对粘贴的应变片产生损伤。

图3 划线定位

贴片:

表面划线结束后,用浸有丙酮或无水酒精的脱脂棉球进行擦洗,擦洗时要沿单一方向进行,直到棉棒上不见任何黑色污渍。同时要注意保证现场清洗环境,避免外界粉尘飘到清洗区域。

在应变片的待贴面涂上薄薄一层胶,把应变片贴在欲贴位置上,同时盖上聚氯乙烯薄膜,用手指反复按压薄膜,目的是把胶从应变片一端赶到到应变片另一端后赶出来,然后持续用力按压一会,等胶基本固化后再拿掉。

如果是大冬天进行这个动作,那么最好在之前先用烘烤枪烘烤下当前区域,这样有利于寒冷的外界环境下粘贴应变片。

图4 粘贴按压

贴片质量检查:

贴片结束后首先目测是否贴在了我们要求的位置上,如果仅仅是稍有偏差也是可以接受的,只要我们自己认可,基本上可以过关的。

贴片结束后应当检查下应变片,首先检查下应变片的引线是否和待测结构区域绝缘,需要用万用表检查,然后测下电阻值进行再次确认,然后目测贴片效果如何,看片内是否有气泡样子的东西。

焊线:

这一步用电烙铁和焊锡丝进行焊接,要求焊点要清洁光滑,无虚焊。在导线与引出线之间要用接线端子,接线端子要靠在应变片上,避免引线和样件表面接触短路;尽量在应变片的引线往端子上焊接之前往外侧稍微弯曲下引线后再焊接到端子上,这样相当于把引线做出一定的预留,方面后期可能遇到一些紧急情况。

焊接时间不能太长,应迅速完成焊接,一气呵成,避免高温对应变片焊端产生热损伤。

这时再用万用表迅速重复之前的绝缘和电阻检查。

图5 焊接导线

密封防护:

如果当前气候比较湿润,或试件需要保存较长时间后重复进行试验时,或者测试时间较长,需要对应变片采取防潮措施以保证应变片正常工作。防潮部位包括应变片和引出线,接线端,可用小软刷蘸取女士用指甲油涂抹。

图6 密封防护

导线编号:

密封防护之后要用万能表在导线另一端测量一下每个应变片的电阻值,然后在导线端用胶带或者小札带标识好当前通道编号与名称,这样方便后期设置数采设备软件。

连接数采及软件设置:

将所有通道连接到数采的对应位置上,对着软件和导线编号将通道信息填好,进行应变片清零标定,但是重要的一环是要确认好清零时车辆受载状态,即是在什么样的环境下清零.清零之后预采集一下,看应变或者应力信号是否正确,这时候顺便用棉签按压一下,大概出现20个微应变变化,解除按压后信号归零,然后简单正式采集一下,之后再回到清零时的环境看信号是否归零。

综上所述,上面介绍了常规应用下应变片安装的基本步骤和一些注意细节,当然还有一些特殊的高温环境下的应变片粘贴如果自己没有信心的话可以邀请供应商一起进行。良好的应变片安装,决定着后期高质量的信号采集,即我们得到的是正确的信号,是设计人员想要的信号。

课程推荐

如何做好汽车动力性