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如何制作低溫環(huán)境下使用電阻應變式傳感器
作者：
時(shí)間：2011-03-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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粘劑一般都采用熱固性型膠粘劑如聚酰亞胺、改性環(huán)氧 - 酚醛膠。這類(lèi)膠粘劑貼片后，經(jīng)加壓回熱固化及后固化處理后，膠層具有很高粘結強度，電絕緣性能好，傳感器蠕變、滯后及零漂小，傳感器穩定性也好。
(3) 低溫下防護劑對提高傳感器穩定性有極重要作用。傳感器應用場(chǎng)合，彈性體表面應變片溫度由室溫逐漸致冷介質(zhì)注入而降低。彈性體冷卻過(guò)程中，將空氣中微量水分吸附彈性體表面，形成白霜。當傳感器經(jīng)受周期性溫度變化時(shí)，應變片表面白霜熔化成水分，使應變片、膠粘劑吸收水分而使絕緣電阻發(fā)生變化（降低），引起傳感器零漂，蠕變、滯后增大，嚴重時(shí)會(huì )使傳感器失效。 
另外，當粘貼傳感器彈性體表面應變片浸泡低溫介質(zhì)內時(shí)，流過(guò)應變片內部電流應變片內產(chǎn)生焦耳熱，當它與低溫介質(zhì)接觸時(shí)，應變片與介質(zhì)之間產(chǎn)生激烈熱交換，這種不斷熱交換也會(huì )造成傳感器零漂或不穩定，如圖 6 所示?？梢钥闯?，當應變片未加防護劑（涂層）時(shí)，室溫至 -50 ° C 范圍內，熱輸出重復性很差（圖中虛線(xiàn)所示）。但經(jīng)施加防護涂層后，應變片穩定性則有了很大提高。
深低溫下防護劑一般不宜采用室溫下常用防護劑，這是某些室溫防護劑其硬度會(huì )隨溫度降低而增加，形成一定加強效應，低溫下也易發(fā)生脆裂等現象，，傳感器用應變片防護劑，一般可采用粘貼應變片貼片膠如改性環(huán)氧 - 酚醛膠， PPS 膠（聚苯硫醚）等，應變片表面上均勻涂上一薄層，經(jīng)固化后再涂一、二次，然后最終固化處理，然后其表面均勻涂上一層硅脂，這樣就可保證其性能穩定了。
其調整和補償工作比較簡(jiǎn)單；但變溫環(huán)境條件下使用傳感器其補償技術(shù)要求相對要高和嚴格多。 
電阻應變式傳感器中，室溫環(huán)境條件下使用測力、稱(chēng)重傳感器，性能補償方面技術(shù)是最成熟，各種補償和調整后測力、稱(chēng)重傳感器可以具有非常高精度，大都可達 0.02~0.03%F.S 左右。低溫電阻應變式傳感器，測力、稱(chēng)重傳感器所有調整、補償技術(shù)都可采用，其具體實(shí)施方法也相似。，應變片低溫下性能與常溫環(huán)境有很大差別，具體補償處理時(shí)必須經(jīng)試驗進(jìn)行確定。
由前述可知， Ni-Cr 系合金電阻溫度系數 ( a R ) 可以調整合金成分和熱處理工藝來(lái)加以調節 ，可制作適用于不同彈性體材料溫度自補償應變片，減小傳感器溫度影響，提高傳感器性能指標。， Ni-Cr 系合金低溫環(huán)境下 (10~20K) 其熱輸出出現逆轉現象，即謂近藤效應（如圖 7 ）。
由圖可見(jiàn)， KFL 型應變片（ Ni-Cr 系合金，聚酰亞胺基底） 200K 附近，其熱輸出為零，此以下溫度時(shí)，呈現負輸出。 WK 型應變片（玻璃纖維增強環(huán)氧 - 酚醛基底， Ni-Cr 系合金）， 10~20K 左右熱輸出為最小值，其后由負變?yōu)檎敵觯?4.2K 時(shí)有正最大熱輸出。 Ni-Cr 系合金 10~20K 溫度區間，這種逆轉變化，給傳感器零點(diǎn)溫漂補償帶來(lái)一定困難，減小這種影響，選用應變片時(shí)應盡量選用具有溫度自補償。同一批應變片，有條件時(shí)可對應變片溫度特性進(jìn)行預選，以提高橋路補償效果。
三、低溫電阻應變式傳感器性能試驗裝置
低溫電阻應變式傳感器各項性能參數必須低溫環(huán)境下進(jìn)行測定，如何獲低溫環(huán)境和保持低溫環(huán)境這是試驗工作重要環(huán)節。
1 、低溫環(huán)境條件獲
低溫試驗時(shí)，絕大多數情況下，是應用各種致冷劑來(lái)達到預定試驗溫度，當要求溫度介于兩種冷劑溫度之間時(shí)，可選用較低溫度冷劑，以噴淋或輻射形式來(lái)獲取所需溫度，具體方法應試驗要求來(lái)確定。至于貯存冷劑容器常采用金屬杜瓦瓶或玻璃杜瓦容器。目前常用冷劑及其可達到溫度列于表 2 。 
2 、低溫壓力傳感器性能試驗測量系統
研究電阻應變式壓力傳感器低溫下 (77~300K) 性能參數，典型試驗裝置及測試系統如圖 8 所示，整個(gè)裝置由四個(gè)部分組成。 
①真空系統。實(shí)驗溫區較寬，要求壓力腔及傳感器處于較高真空環(huán)境中（ 1.3 ′ 10 -2 Pa 以上），有熱偶真空規和電離真空管，隨時(shí)監視真空罩內真空度。
②壓力源及測壓系統。該系統由高壓氮氫瓶、減壓閥、標準壓力表、低溫壓力腔、放氣閥及連接管道等組成。
③溫度測量和控制系統。低溫壓力腔及傳感器溫度由銅 - 康銅熱電偶測定。壓力腔及傳感器溫度系統由鉑電阻溫度計、加熱器及低溫控溫儀等組成。
④壓力傳感器信號變換及顯示系統。該系統由電阻應變式壓力傳感器、動(dòng)態(tài)電阻應變儀和數字電壓表等組成。 
3 、低溫引伸計試驗測試系統
為標定引伸計低溫下 (4.2~300K) 性能，其典型試驗裝置如圖 9 所示。該系統試驗溫度要按使用條件分階段進(jìn)行（如 300K 、 77K 、 20K 、 4.2K 等），該系統主要包括：
①標定機構。校準器采用專(zhuān)供校準引伸計用螺旋千分尺，引伸桿置于低溫杜瓦中，其上可安裝被校引伸計。
②低溫介質(zhì)容器。盛置低溫介質(zhì)容器是由內外兩個(gè)玻璃杜瓦組成。內杜瓦與上法蘭盤(pán)之間用不銹鋼連接內罩相連，內杜瓦連接罩間由二道真空橡皮密封。內外杜瓦及標定機構重量是由外框架承擔。
③溫控系統。調節試驗溫度，裝置引伸計刀口兩側裝有變溫加熱器，其功率約為 0.3W 。下加熱器是為調節上部空間溫度及烘干液氦之用，它位于標定機構下端，功率為 0.35W 。測溫元件可采用金 - 鐵熱電偶或鉑電阻溫度計。
④位移測量系統。引伸計變形測量是由動(dòng)態(tài)電阻應變儀和 x-y 記錄儀組成。
四、結束語(yǔ)
一般市售各種電阻應變式傳感器，只能適用于常溫環(huán)境（ -20 ° C~+60 ° C 或 -40 ° C~+80 ° C ），高溫或低溫環(huán)境下使用各種電阻應變式傳感器，往往需要自行進(jìn)行設計制作。本文主要介紹電阻應變片低溫下特殊性能，設計人員能更好利用其特點(diǎn)，制作各種性能好傳感器，目前低溫下常用電阻應變式傳感器主壓力和位移等傳感器，確認各種傳感器低溫下性能，文中也簡(jiǎn)要介紹了低溫下壓力和位移傳感器標定系統，以供有關(guān)人員參考。
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