CN106782949A - 一种绕丝式镍电阻敏感元件及制作方法 - Google Patents

一种绕丝式镍电阻敏感元件及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绕丝式镍电阻敏感元件，包括骨架、导电环、支撑件、镍丝和锰铜丝；骨架为带有螺纹孔的旋转体，导电环数量为3个，按顺序模压在支撑件上，其中，第一和第三导电环包括环体和引脚，环体设有缺口，第二导电环为带有缺口的环体，位于第一和第三导电环之间。本发明装配的传感器已通过环境鉴定试验、寿命试验、可靠性强化试验及外场试车考核，工作性能稳定，满足使用要求。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明可取代铂电阻敏感温元件运用到民用产品中。

Description

一种绕丝式镍电阻敏感元件及制作方法
技术领域
本发明涉及一种绕丝式镍电阻敏感元件及制作方法，属热电器件的制造技术领域。
背景技术
热电阻传感器具有测温范围大、准确度高、性能稳定、重复性好等特点，是一种比较理想的温度检测元件，在航空发动机上被广泛应用于大气温度、燃滑油温度的测量。纯金属或稀合金电阻温度系数大，电阻-温度特性曲线复现性好，是电阻温度传感器的理想材料，其中Pt、Ni等过渡族金属电阻率较大，加工性能好，常被用作电阻温度传感器材料。根据各自特点，它们所使用的环境及温度范围有所不同，一般而言，铂电阻具有测温精度高、化学性能稳定可靠、测温范围宽的特点，可作为标准电阻温度计使用。
但对于工业应用来说，特别是在较低的温度条件下，镍电阻可以部分代替铂电阻，具有广泛的应用前景。与铂电阻相比，镍电阻具有较高的电阻温度系数，比铂电阻高出50％以上，灵敏度较高，在一般情况下镍丝的化学性能也比较稳定，与氧、氯等元素不起作用，镍丝还能在表面生成一层致密的氧化镍，具有保护作用。镍丝的可焊性好，同时价格低廉。在200℃以下，镍的电阻温度特性线性度较好，因此机载电阻传感器在200℃以下较多采用镍电阻。
目前，镍电阻中常用的为薄膜式镍电阻，薄膜式镍电阻采用的是薄膜技术、微细加工技术生产的敏感元件，因此具有体积小、热容小、动态响应快等优点，但由于薄膜式镍电阻体积小、热容小，自热现象表现十分明显，影响测量误差。
发明内容
发明目的：鉴于现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种自热小、可靠性高的绕丝式镍电阻敏感元件及制作方法。
本发明采取的技术方案为：一种绕丝式镍电阻敏感元件，包括骨架、导电环、支撑件、镍丝和锰铜丝；骨架为带有螺纹孔的旋转体，导电环数量为3个，按顺序模压在支撑件上，其中，第一和第三导电环包括环体和引脚，环体设有缺口，第二导电环为带有缺口的环体，位于第一和第三导电环之间。支撑件为旋转体，一端设有与骨架螺纹孔配合的螺柱段，通过螺柱段与骨架连接，位于第二和第三导电环之间的支撑件上设有凹槽，凹槽中绕制有锰铜丝，锰铜丝一端与第二导电环连接，另一端与第三导电环连接。骨架上绕制有镍丝，镍丝一端与第一导电环连接，另一端与第二导电环连接。
所述骨架的材料为纯铜。
所述支撑件的材料为模塑料。
所述三个导电环的缺口方向互相错开。
所述导电环的材料为镍。
所述骨架上涂有绝缘漆并绕包有胶带。
所述镍丝在骨架上采用无感双线绕制法绕制。＇
所述绕制后的镍丝表面涂一层绝缘涂料。
一种制作上述绕丝式镍电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将第一导电环、第二导电环和第三导电环与支撑件模压成一体，支撑件头部设有螺纹段，与骨架螺纹孔连接在一起；
步骤2：在骨架外表面涂一层绝缘漆固化后绕包一层胶带，胶带包绕至第一导电环，在骨架上绕制镍丝后涂一层绝缘涂料并固化；
步骤3：将步骤2绕好的组件进行退火处理；
步骤4：测量步骤3退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni-R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感温元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，可推出R0Ni＝(R100-R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；根据前述测量计算得到的镍丝电阻温度系数α，即可确定敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值R0Ni，然后调试组件中的镍丝6使其0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤5：将调试好的镍丝一端焊接在第一导电环上，另一端焊接在第二导电环上；
步骤6：在支撑件的凹槽上绕制锰铜丝，根据RMn＝R0-R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝一端焊接在第二导电环上，另一端焊接在第三导电环上；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0，然后将镍丝和锰铜丝表面涂一层绝缘涂料并固化，再将绕丝组件进行温度循环处理；
步骤8：将步骤7获得的绕丝组件表面绕包一层胶带进行保护，以获得所述的绕丝式镍电阻敏感元件。
其中，步骤3所述的退火处理条件为220℃保温10h；
其中，步骤7所述的温度循环处理条件为在-55℃～200℃下进行5次循环处理，每次循环在-55℃和200℃上各保持1h。
有益效果：本发明有效解决了铂电阻敏感元件电阻温度系数及灵敏度偏低的问题，通过在骨架上绕制镍丝，相对于薄膜式镍电阻，热容量大，自热误差小，具有高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机大气温度和燃滑油温度的测量，本发明装配的传感器已通过环境鉴定试验、寿命试验、可靠性强化试验及外场试车考核，工作性能稳定，满足使用要求。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明可取代铂电阻敏感温元件运用到民用产品中。
附图说明：
图1是本发明中敏感元件绕丝前的结构示意图。
图2是本发明中敏感元件绕丝后的结构示意图。
图中，1为骨架，2、3、4为导电环，5为支撑件，6为镍丝，7为锰铜丝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明：
如图1、2所示，一种绕丝式镍电阻敏感元件，包括骨架1、导电环、支撑件5、镍丝6和锰铜丝7；骨架1为带有螺纹孔的旋转体，导电环数量为3个，按顺序模压在支撑件5上，其中，第一和第三导电环包括环体和引脚，环体设有缺口，第二导电环为带有缺口的环体，位于第一和第三导电环之间。支撑件为旋转体，一端设有与骨架螺纹孔配合的螺柱段，通过螺柱段与骨架1连接，位于第二和第三导电环之间的支撑件5上设有凹槽，凹槽中绕制有锰铜丝7，锰铜丝7一端与第二导电环3连接，另一端与第三导电环4连接。骨架1上绕制有镍丝6，镍丝6一端与第一导电环2连接，另一端与第二导电环3连接。
所述骨架的材料为纯铜。
所述支撑件的材料为模塑料。
所述三个导电环的缺口方向互相错开。
所述导电环的材料为镍。
所述骨架上涂有绝缘漆并绕包有胶带。
所述镍丝6在骨架1上采用无感双线绕制法绕制。
所述绕制后的镍丝6表面涂一层绝缘涂料。
一种制作上述绕丝式镍电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将第一导电环2、第二导电环3和第三导电环4与支撑件5模压成一体，三个导电环的缺口方向互相错开，支撑件5头部设有螺纹段，与骨架1螺纹孔连接在一起，螺纹连接处涂有锁紧液；
步骤2：为保证绝缘性能，在骨架1外表面涂一层绝缘漆固化后绕包一层胶带，胶带包绕至第一导电环2；为有效降低电感，采用无感双线绕制法绕制镍丝6后在其表面涂一层绝缘涂料并固化；
步骤3：将步骤2绕好的组件进行220℃保温10h的退火处理，以消除内应力的影响；
步骤4：测量步骤3退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni-R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感温元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，可推出R0Ni＝(R100-R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；根据前述测量计算得到的镍丝电阻温度系数α，即可确定敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值R0Ni，然后调试组件中的镍丝6使其0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤5：将调试好的镍丝6一端焊接在第一导电环2上，另一端焊接在第二导电环3上；
步骤6：在支撑件5的凹槽上按顺时针方向绕制锰铜丝7，根据RMn＝R0-R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝7使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝7一端焊接在第二导电环3上，另一端焊接在第三导电环4上；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0，然后将镍丝6和锰铜丝7表面涂一层绝缘涂料并固化；为稳定精度，将绕丝组件进行-55℃～200℃的温度循环处理，共进行5个循环，在每个循环的最低和最高温度上各保持1h；
步骤8：将步骤7获得的绕丝组件表面绕包一层胶带进行保护，以获得所述的绕丝式镍电阻敏感元件。

Claims (10)

1.一种绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：包括骨架、导电环、支撑件、镍丝和锰铜丝；骨架为带有螺纹孔的旋转体，导电环数量为3个，按顺序模压在支撑件上，其中，第一和第三导电环包括环体和引脚，环体设有缺口，第二导电环为带有缺口的环体，位于第一和第三导电环之间；支撑件为旋转体，一端设有与骨架螺纹孔配合的螺柱段，通过螺柱段与骨架连接，位于第二和第三导电环之间的支撑件上设有凹槽，凹槽中绕制有锰铜丝，锰铜丝一端与第二导电环连接，另一端与第三导电环连接；骨架上绕制有镍丝，镍丝一端与第一导电环连接，另一端与第二导电环连接。
2.根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：支撑件的材料为模塑料。
3.根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：三个导电环的缺口方向互相错开。
4.根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：导电环的材料为镍。
5.根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：骨架上涂有绝缘漆并绕包有胶带。
6.根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：镍丝在骨架上采用无感双线绕制法绕制。
7.根据权利要求1或6所述的绕丝式镍电阻敏感元件，其特征在于：绕制后的镍丝表面涂一层绝缘涂料。
8.一种制作根据权利要求1所述的绕丝式镍电阻敏感元件的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将第一导电环、第二导电环和第三导电环与支撑件模压成一体，支撑件头部设有螺纹段，与骨架螺纹孔连接在一起；
步骤2：在骨架外表面涂一层绝缘漆固化后绕包一层胶带，胶带包绕至第一导电环，在骨架上绕制镍丝后涂一层绝缘涂料并固化；
步骤3：将步骤2绕好的组件进行退火处理；
步骤4：测量步骤3退火处理后的组件在0℃和100℃时的镍丝电阻值R＇0Ni和R＇100Ni，计算出镍丝的电阻温度系数α＝(R＇100Ni-R＇0Ni)/100R＇0Ni；根据镍电阻敏感温元件在0℃和100℃时所要达到的电阻值R0和R100，结合理论公式R0＝R0Ni+RMn和R100＝R100Ni+RMn，可推出R0Ni＝(R100-R0)/α，其中R0Ni为镍丝在0℃℃时的理论电阻值，R100Ni为镍丝在100℃时的理论电阻值，RMn为锰铜丝的电阻值，RMn随温度的变化而几乎不变；根据前述测量计算得到的镍丝电阻温度系数α，即可确定敏感元件中镍丝在0℃时的电阻值R0Ni，然后调试组件中的镍丝6使其0℃时达到规定的电阻值R0Ni；
步骤5：将调试好的镍丝一端焊接在第一导电环上，另一端焊接在第二导电环上；
步骤6：在支撑件的凹槽上绕制锰铜丝，根据RMn＝R0-R0Ni，计算得到锰铜丝的电阻值RMn，调试锰铜丝使其达到规定的电阻值RMn，然后将锰铜丝一端焊接在第二导电环上，另一端焊接在第三导电环上；
步骤7：对步骤6获得的绕丝组件进行调试，使其在0℃时的电阻值达到所需的电阻值R0，然后将镍丝和锰铜丝表面涂一层绝缘涂料并固化，再将绕丝组件进行温度循环处理；
步骤8：将步骤7获得的绕丝组件表面绕包一层胶带进行保护，以获得所述的绕丝式镍电阻敏感元件。
9.根据权利要求8所述的绕丝式镍电阻敏感元件的方法，其特征在于：步骤3所述的退火处理条件为220℃，保温10h。
10.根据权利要求8所述的绕丝式镍电阻敏感元件的方法，其特征在于：步骤7所述的温度循环处理条件为在-55℃～200℃下进行5次循环处理，每次循环在-55℃和200℃上各保持1h。
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