CN106525326B - 一种减小压阻传感器温度漂移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减小压阻传感器温度漂移的方法，属于传感器技术领域。该方法以长径比大于600的碳纳米管为导电相，以室温硫化硅橡胶为绝缘相，利用溶液混合法制和极间硫化法制备出正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元。正压阻正温阻系数子单元中的碳纳米管与硅橡胶的质量比为0.04，负压阻正温阻系数子单元中的碳纳米管与硅橡胶的质量比为0.12。将这两种子单元作为电桥的相邻桥臂，组成可减小温度漂移的差动系统。利用本发明提出的方法可有效抑制温度对压阻传感器的不利影响，并且还可提高压阻灵敏度，特别适合于国防与工业大型设备狭小曲面层间压力测量和人工电子皮肤研制。

Description

一种减小压阻传感器温度漂移的方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，特别涉及到用柔性传感器实现压力测量。
背景技术
压阻传感器广泛应用于现代工程中的压力测量领域，特别是在一些国防大型设备中，存在很多狭小曲面层间结构，需要测量这些层间结构的压力，以确保系统运行的安全，故而需要薄型柔性的传感器，可以柔顺地贴附在曲面层间来完成压力测量任务。导电高分子复合材料具有压阻性和柔韧性，故而可用于制备柔性压阻传感器，可用于狭小曲面层间压力测量。但是，这种复合材料的输出电阻随温度而变化，因而，在测量中传感器的输出会随着环境温度的变化发生漂移，从而导致传感器性能下降。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种减小压阻传感器温度漂移的方法。该方法设计了一种可减小温度漂移的差动系统，包含正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元，正压阻正温阻系数子单元由两片覆合有铜箔电极的聚酰亚胺薄膜和位于中间的正压阻正温阻系数敏感薄膜构成，负压阻正温阻系数子单元由两片覆合有铜箔电极的聚酰亚胺薄膜和位于中间的负压阻正温阻系数敏感薄膜构成，其制备方法包括以下步骤：在聚酰亚胺薄膜上覆合一片边长为3.68毫米的小正方形金属电极和一片边长为2.66厘米的大正方形金属电极作为底层封装薄膜，将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按5∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的大正方形金属电极之上，利用旋涂形成厚度为60微米的正压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型，将硫化在大正方形金属电极表面之外的正压阻正温阻系数敏感薄膜清除；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按20∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的小正方形金属电极之上；利用旋涂形成厚度为60微米的负压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在小正方形金属电极表面之外的负压阻正温阻系数敏感薄膜清除；在底层封装薄膜上的正压阻正温阻系数敏感薄膜和负压阻正温阻系数敏感薄膜周围涂热固胶，形成由正压阻正温阻系数敏感薄膜、负压阻正温阻系数敏感薄膜和热固胶组成的敏感层；将另一个尺寸和结构与底层封装薄膜相同的薄膜作为顶层封装薄膜贴附在所述的敏感层之上，使顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极正对，并使顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极正对，形成由顶层封装薄膜、敏感层和底层封装薄膜组成的三明治结构；用柔性材料封装机对所述的三明治结构进行热压封装，进而完成由顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极构成的正压阻正温阻系数子单元的制备和由顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极构成的负压阻正温阻系数子单示的制备；将正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元接入电桥的相邻桥臂以构成可减小温度漂移的差动系统。
本发明的特点及效果：
利用本发明的方法制备的可减小温度漂移的差动系统包含正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元，经过大量实验和分析得到了正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元中的碳纳米管含量与形貌结构，可确保两种子单元具有如下特性：正压阻正温阻系数子单元的电阻随压力的增加而增大、随温度的升高而增大；负压阻正温阻系数子单元的电阻随压力的增加而减小、随温度的升高而增大。因此，可用这两种子单元作为电桥相邻桥臂而构成差动系统，进而实现对温度漂移的抑制，同时还可以提高压阻灵敏度，可以应用于电子皮肤研制和曲面层间压力测量等领域中。
具体实施方式
在厚度为22.5微米的聚酰亚胺薄膜上覆合一片边长为3.68毫米的小正方形金属电极和一片边长为2.66厘米的大正方形金属电极作为底层封装薄膜，将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按5∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的大正方形金属电极之上，利用旋涂形成厚度为60微米的正压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型，将硫化在大正方形金属电极表面之外的正压阻正温阻系数敏感薄膜清除，仅保留硫化在大正方形金属电极表面上的正压阻正温阻系数敏感薄膜；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按20∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的小正方形金属电极之上；利用旋涂形成厚度为60微米的负压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在小正方形金属电极表面之外的负压阻正温阻系数敏感薄膜清除，仅保留硫化在小正方形金属电极表面上的负压阻正温阻系数敏感薄膜；在底层封装薄膜上的正压阻正温阻系数敏感薄膜和负压阻正温阻系数敏感薄膜周围涂热固胶，形成由正压阻正温阻系数敏感薄膜、负压阻正温阻系数敏感薄膜和热固胶组成的敏感层；将另一个尺寸和结构与底层封装薄膜相同的薄膜作为顶层封装薄膜贴附在所述的敏感层之上，使顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极正对，并使顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极正对，形成由顶层封装薄膜、敏感层和底层封装薄膜组成的三明治结构；用柔性材料封装机对所述的三明治结构进行热压封装，进而完成由顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极构成的正压阻正温阻系数子单元的制备和由顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极构成的负压阻正温阻系数子单元的制备；将正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元接入电桥的相邻桥臂以构成可减小温度漂移的差动系统。
实施例
在厚度为22.5微米的聚酰亚胺薄膜上覆合一片边长为3.68毫米、厚度为10微米的小正方形金属电极和一片边长为2.66厘米、厚度为10微米的大正方形金属电极作为底层封装薄膜，小正方形金属电极的几何中心和大正方形金属电极的几何中心的距离为6厘米，将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按5∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的大正方形金属电极之上，利用旋涂形成厚度为60微米的正压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型，将硫化在大正方形金属电极表面之外的正压阻正温阻系数敏感薄膜清除，仅保留硫化在大正方形金属电极表面上的正压阻正温阻系数敏感薄膜；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按20∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的小正方形金属电极之上；利用旋涂形成厚度为60微米的负压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在小正方形金属电极表面之外的负压阻正温阻系数敏感薄膜清除，仅保留硫化在小正方形金属电极表面上的负压阻正温阻系数敏感薄膜；在底层封装薄膜上的正压阻正温阻系数敏感薄膜和负压阻正温阻系数敏感薄膜周围涂热固胶，形成由正压阻正温阻系数敏感薄膜、负压阻正温阻系数敏感薄膜和热固胶组成的敏感层；将另一个尺寸和结构与底层封装薄膜相同的薄膜作为顶层封装薄膜贴附在所述的敏感层之上，使顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极正对，并使顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极正对，形成由顶层封装薄膜、敏感层和底层封装薄膜组成的三明治结构；用柔性材料封装机对所述的三明治结构进行热压封装，进而完成由顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极构成的正压阻正温阻系数子单元的制备和由顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极构成的负压阻正温阻系数子单元的制备；将正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元接入电桥的相邻桥臂以构成可减小温度漂移的差动系统。

Claims (1)

1.一种减小压阻传感器温度漂移的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在聚酰亚胺薄膜上覆合一片边长为3.68毫米的小正方形金属电极和一片边长为2.66厘米的大正方形金属电极作为底层封装薄膜，将底层封装薄膜固定于旋转平台上备用；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按5∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的大正方形金属电极之上，利用旋涂形成厚度为60微米的正压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型，将硫化在大正方形金属电极表面之外的正压阻正温阻系数敏感薄膜清除；将长度10微米、直径15纳米的碳纳米管、聚二甲基硅氧烷和正己烷按20∶100∶1000的体积比混合，在超声振荡的作用下进行机械搅拌，将正己烷挥发后形成的碳纳米管填充聚二甲基硅氧烷复合材料胶状粘稠物滴入固定于旋转平台上的底层封装薄膜的小正方形金属电极之上；利用旋涂形成厚度为60微米的负压阻正温阻系数敏感薄膜，硫化60小时后成型；将硫化在小正方形金属电极表面之外的负压阻正温阻系数敏感薄膜清除；在底层封装薄膜上的正压阻正温阻系数敏感薄膜和负压阻正温阻系数敏感薄膜周围涂热固胶，形成由正压阻正温阻系数敏感薄膜、负压阻正温阻系数敏感薄膜和热固胶组成的敏感层；将另一个尺寸和结构与底层封装薄膜相同的薄膜作为顶层封装薄膜贴附在所述的敏感层之上，使顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极正对，并使顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极正对，形成由顶层封装薄膜、敏感层和底层封装薄膜组成的三明治结构；用柔性材料封装机对所述的三明治结构进行热压封装，进而完成由顶层封装薄膜的大正方形金属电极、正压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的大正方形金属电极构成的正压阻正温阻系数子单元的制备和由顶层封装薄膜的小正方形金属电极、负压阻正温阻系数敏感薄膜和底层封装薄膜的小正方形金属电极构成的负压阻正温阻系数子单元的制备；将正压阻正温阻系数子单元和负压阻正温阻系数子单元接入电桥的相邻桥臂以构成可减小温度漂移的差动系统。
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