CN102636106B - 中温箔式电阻应变计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中温箔式电阻应变计，包括基底、敏感栅和密封层，敏感栅牢固贴合在基底上并有密封层密封，所述基底采用增强的聚酰亚胺复合材料或增强的有机硅树脂复合材料；所述敏感栅采用卡玛合金或伊文合金或镍铬合金；所述密封层采用聚酰亚胺或有机硅树脂材料。本发明提高了中温环境下的应力应变测量精度，应变计的平均热输出系数控制在2με/℃范围内；在中温环境下，应变计相对灵敏系数、蠕变等性能稳定，测量信号稳定，并具有蠕变自补偿、弹性模量自补偿功能；提高了中温环境下应变计的基底和密封层材料的抗老化、抗氧化能力；适应的温度范围能够扩展到-30℃～400℃，且测量精度的一致性很好。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种箔式电阻应变计，特别是一种适应于60℃～300℃温度范围的中温箔式电阻应变计。
背景技术
随着科学技术的不断发展，箔式电阻应变计的应用领域已经非常广泛，与此同时，人们对应变计测量性能的要求也越来越高。中温箔式电阻应变计是一种用于60℃～300℃温度范围的测量仪器部件，然而截至目前，这种应变计却一直存在较大的缺陷，具体表现在，当测量环境温度超过120℃时，应变计的稳定性变差，测量精度降低，误差增大。通过深入研究发现，出现上述问题的原因在于，现有中温箔式电阻应变计的基底和密封层都采用的是聚酰亚胺材料，敏感栅用的是铜镍合金材料，当环境温度超过120℃时，基底和密封层的性能会发生突变，即绝缘性能降低，稳定性、可靠性下降，使应变计的输出信号发生漂移；同时，敏感栅的相对灵敏系数和蠕变性能会产生阶梯性变化，使应变计的平均热输出增大至一千个甚至几千个微应变，从而导致应变计的测量数据离散性增大，测量精度降低，误差增大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的上述缺陷，提出一种高稳定性、高精度测量的中温箔式应变计。
实现上述目的的技术方案是：一种中温箔式应变计，包括基底、敏感栅和密封层，敏感栅牢固贴合在基底上并有密封层密封，所述基底采用增强的聚酰亚胺复合材料或增强的有机硅树脂复合材料；所述敏感栅采用卡玛合金或伊文合金或镍铬合金；所述密封层采用聚酰亚胺或有机硅树脂材料。
所述增强的聚酰亚胺复合材料是以共聚芳香族聚酰亚胺树脂为基材，以玻璃纤维、石英填料和纳米级硅粉为增强辅材所形成的一种复合材料。
所述增强的有机硅树脂复合材料是以有机硅树脂为基材，以热固性酚醛树脂、石英填料、纳米级硅粉和玻璃纤维为增强辅材所形成的一种复合材料。
所述基底的厚度为25～50um。
所述敏感栅的厚度为2～10um。
所述密封层的厚度为5～20um。
卡玛合金、伊文合金和镍铬合金在400℃以下都具有良好的抗氧化性、尺寸稳定性和温度变化适应性，是用作应变计敏感栅的最佳材料；增强的聚酰亚胺复合材料在-30℃～400℃温度范围内具有优异的尺寸稳定性和良好的力学传递性，并能保持良好的绝缘性；增强的有机硅树脂复合材料在-60℃～500℃温度范围内能够保持良好的理化性能和热稳定性，具有较强的高温附着力和耐高温性能，是一种高精度中温应变计基底的上佳材料。
本发明的技术效果在于：1.提高了中温环境下的应力应变测量精度，应变计的平均热输出系数控制在2με/℃范围内；2.在中温环境下，应变计相对灵敏系数、蠕变等性能稳定，测量信号稳定，并具有蠕变自补偿、弹性模量自补偿功能；3.提高了中温环境下应变计的基底和密封层材料的抗老化、抗氧化能力，从而提升了应变计的稳定性和可靠性；4.应变计的适应温度范围能够扩展到-30℃～400℃，且测量精度的一致性很好。
附图说明
图1是本发明一个实施例的正面示意图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图3是敏感栅2的正面示意图。
图中：1.基底，2.敏感栅，3.高温引线，4.密封层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例应变计由玻璃纤维增强聚酰亚胺的基底1、敏感栅2和聚酰亚胺密封层4组成，敏感栅2牢固贴合在基底1和密封层4之间。
在制作所过程中，先用共聚芳香族聚酰亚胺胶与经过表面处理后的石英填料和纳米级硅粉混合，该混合胶涂覆在卡玛合金箔材或伊文合金箔材或镍铬合金箔材的背面，再在混合胶面上平铺一层玻璃纤维，然后通过高温加热、加压的方式使之形成一个带有金属箔材的应变计基体，该基体上的玻璃纤维增强聚酰亚胺部分即为应变计的基底1；敏感栅2的形成是将基底1上的金属箔材按照应变计图形的设计要求，采用化学蚀刻或离子蚀刻等方法做成如图3所示的应变计敏感栅2；最后在敏感栅2的正面涂覆上聚酰亚胺或有机硅树脂密封层4，并通过高温加热、加压的方式使密封层4与敏感栅2的正面牢固贴合(如图2所示)。本实施例中，敏感栅2的厚度为2～10um，基底1的厚度为25～50um，密封层4的厚度为5～20um，应变计整体的厚度在32～80um范围。
上述实施例中的基底1也可以是一种增强的有机硅树脂复合材料。它是在有机硅树脂中加入15％～25％的热固性酚醛树脂、石英填料、纳米级硅粉，再加入玻璃纤维所形成的一种复合材料。
为了应变计的使用方便，可在涂覆密封层4之前，将敏感栅2的焊盘上预先焊接上高温引线3，形成一种自带引线的应变计，如图1～3所示。
本发明中温箔式电阻应变计的相关实验数据如下，
1.增强聚酰亚胺复合材料胶接卡玛合金所形成基体的实验数据为：
A、不同温度下的剪切强度
| 测试温度/℃ | -30 | 室温 | 250 | 350 | 400 |
| 剪切强度/MPa | ≥18 | ≥18 | ≥13 | ≥9 | ≥4 |
B、剥离强度
| 测试条件 | 室温 | 350℃，300H |
| 剥离强度/N·cm-1 | 4 | ≥1.3 |
C、热稳定性
| 基底材料种类 | 高温稳定性TGA(℃) | 玻璃化转变温度Tg(℃) |
| 增强的聚酰亚胺复合材料 | 580 | 300 |
2.增强的有机硅树脂复合材料胶接卡玛合金所形成基体的实验数据为：
A、胶接卡玛合金的剥离强度
| 测试条件 | 室温 | 450℃，300H |
| 剥离强度/N·cm-1 | 3 | ≥1.0 |
B、热稳定性
| 基底材料种类 | 高温稳定性TGA(℃) | 玻璃化转变温度Tg(℃) |
| 增强的有机硅树脂复合材料 | 620 | 380 |
3、中温环境下应变计的平均热输出系数实验数据
Claims (4)
1.一种中温箔式电阻应变计，包括基底(1)、敏感栅(2)和密封层(4)，敏感栅(2)牢固贴合在基底(1)上并有密封层(4)密封，基底(1)采用增强的聚酰亚胺复合材料或增强的有机硅树脂复合材料，敏感栅(2)采用卡玛合金或伊文合金或镍铬合金，密封层(4)采用聚酰亚胺或有机硅树脂材料，其特征在于：所述增强的聚酰亚胺复合材料是以共聚芳香族聚酰亚胺树脂为基材，以玻璃纤维、石英填料和纳米级硅粉为增强辅材所形成的一种复合材料；所述增强的有机硅树脂复合材料是以有机硅树脂为基材，以热固性酚醛树脂、石英填料、纳米级硅粉和玻璃纤维为增强辅材所形成的一种复合材料。
2.按照权利要求1所述的中温箔式电阻应变计，其特征在于：所述基底(1)的厚度为25～50um。
3.按照权利要求1所述的中温箔式电阻应变计，其特征在于：所述敏感栅(2)的厚度为2～10um。
4.按照权利要求1所述的中温箔式电阻应变计，其特征在于：所述密封层(4)的厚度为5～20um。
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