CN110375873A - 线型大应变柔性电阻式温度传感器 - Google Patents

线型大应变柔性电阻式温度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110375873A
CN110375873A CN201910573980.7A CN201910573980A CN110375873A CN 110375873 A CN110375873 A CN 110375873A CN 201910573980 A CN201910573980 A CN 201910573980A CN 110375873 A CN110375873 A CN 110375873A
Authority
CN
China
Prior art keywords
line style
temperature sensor
core
big strain
flexible resistive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910573980.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李乔
杨倩
王玺
杨涛
王子懿
李豪
丁辛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201910573980.7A priority Critical patent/CN110375873A/zh
Publication of CN110375873A publication Critical patent/CN110375873A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种线型大应变柔性电阻式温度传感器，包括芯体和包覆层，所述芯体包括温敏纤维和弹性纤维，所述温敏纤维以螺旋线的方式缠绕在弹性纤维外；所述包覆层为非导电高聚物弹性体，其包覆在所述芯体外，用于固定和保护芯体。本发明轴向在拉伸时具有大应变特性和较好的抗外力破坏能力。

Description

线型大应变柔性电阻式温度传感器
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，特别是涉及一种线型大应变柔性电阻式温度传感器。
背景技术
温度是表征物体冷热程度的物理量，与人类生活息息相关，人类离不开温度，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切关系。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来测量，电阻式温度传感器感温原理是将温度信息转换为器件电阻信息输出，属于温度检测的尖端前沿产品。
常用的电阻温度传感器感温元件大多由纯金属材料制成，作为热电阻材料要求有：①电阻温度系数大，以提高热电阻的灵敏度；②电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；③热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；④在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；⑤电阻与温度的关系最好接近于线性；⑥应有良好的可加工性，且价格便宜。
由于金属材料具有高强低伸的特点，现有的温度传感器是采用硬质外壳将感温体进行封装，总体分为圆片型、柱型、珠型、铠装型和厚膜型，得到的感温金属元件多为硬质、不具有可变形性且体积较大。也有研究将直径极细的感温金属丝作为感温元件直接使用，但由于金属丝的直径极细，容易受到外力作用而断裂失效，造成传感器的制作困难，且制成传感器使用条件较为苛刻，元件使用寿命短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种线型大应变柔性电阻式温度传感器，轴向在拉伸时具有大应变特性和较好的抗外力破坏能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种线型大应变柔性电阻式温度传感器，包括芯体和包覆层，所述芯体包括温敏纤维和弹性纤维，所述温敏纤维以螺旋线的方式缠绕在弹性纤维外；所述包覆层为非导电高聚物弹性体，其包覆在所述芯体外，用于固定和保护芯体。
所述螺旋线的螺距范围为1/6-1mm。
所述温敏纤维为采用阻值随温度变化而变化的材料制成。
所述弹性纤维能够承受0-80％应变下的拉伸并具备回复到原点的能力。
所述螺旋线的螺距调整方式是通过纱线的包缠技术分别调整弹性纤维和温敏纤维的喂入速度实现。
所述包覆层能够承受0-80％应变下的拉伸并具备回复到原点的能力。
所述包覆层是将非导电高聚物弹性胶状体注入管状模具中加热固化后得到。
所述管状模具的截面为圆形或多边形。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的包覆层固化后与芯体形成一个整体，能够保护芯体，具有较大的抵抗外力作用能力，满足制作和使用过程的要求，另外，包覆层还能减缓温敏纤维的氧化，具有防水功能，延长传感器的使用寿命；本发明的传感器为直径尺寸小(φ<1mm)形状为线型，有利于将传感器直接用于各种柔性结构中；另外，感温元件的包覆层和芯体具有较好的拉伸变形性，配合温敏纤维的螺旋结构使得传感器具有大变形能力，同时，温敏纤维的螺旋结构也能在一定程度上增大传感器整体电阻。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的截面示意图；
图3是本发明中芯体的制备示意图；
图4是本发明中包覆层包覆芯体的过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种线型大应变柔性电阻式温度传感器，如图1和图2所示，包括芯体4和包覆层1，所述芯体4包括温敏纤维3和弹性纤维2，所述温敏纤维3以螺旋线的方式缠绕在弹性纤维2外；所述包覆层1为非导电高聚物弹性体，其包覆在所述芯体外，用于固定和保护芯体。上述温度传感器为柔性线型，直径方向尺寸控制在1mm或以下，轴向在拉伸时具有大应变特性和较好的抗外力破坏能力。
其中，温敏纤维3以螺旋线的方式缠绕在弹性纤维2上时，螺旋线的螺旋角和螺距可根据应变要求灵活作出调整。如图3所示，该螺旋结构能够依靠纱线的包缠技术，分别调整弹性纤维2和温敏纤维3的喂入速度，实现具有不同捻度的螺旋包缠，从而对螺旋角和螺距进行调整。本实施方式中的温敏纤维3的电阻值会随着温度变化而变化，其材料包括但不限于镍纤维、铂纤维、铜纤维、银纤维、金纤维等各种金属纤维及铂粉末状颗粒与硅胶复合材料涂层的锦纶纤维等。弹性纤维2能够承受不同应变下(0-80％)的拉伸并具备回复到原点的能力。包覆层1为能够承受不同应变下(0-80％)的拉伸并具备回复到原点的能力，其材料包括但不限于聚氨酯高聚物、聚二甲基硅氧烷等硅胶类弹性体。如图4所示，包覆层1是将非导电高聚物弹性胶状体6注入管状模具5中加热固化后得到，如此使得包覆层1能够与芯体4无缝贴合。该管状模具5的截面形状包括但不限于圆形、扁圆形、三角形等多边形截面形状。
下面通过四个实施例来进一步说明本发明。
实施例1：PDMS/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器
包覆层为PDMS弹性体，其断裂伸长率为140±10(％)；芯体为Pt纤维螺旋外包于聚氨酯(PU)复丝上，PU的断裂伸长率大于450％。
(1)芯体纺制
以Pt纤维为外包纱，氨纶复丝(PU)为芯纱制作芯体。利用空心锭包缠机使Pt纤维包缠在氨纶丝表面，捻度为1000捻/m，即螺距为1mm。其中Pt纤维直径为20μm，纯度为0.999；聚氨酯复丝细度为1200D。
(2)PDMS/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器的制备
将以上制得芯体纱线放入直径为1mm的热缩管中，用注射剂向该热缩管注入PDMS(胶料：固化剂＝10:1配置)后置于烘箱中，80℃加热70min固化，同时热缩管收缩，最后将外层热缩管去掉后制得PDMS/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器。
实施例2：PDMS/(Cu/PU)线型大应变柔性温度传感器
(1)芯体纺制
以Cu纤维为外包纱，氨纶复丝(PU)为芯纱制作芯体。利用空心锭包缠机使Cu纤维包缠在氨纶丝表面，捻度为2000捻/m，即螺距为0.5mm。其中Cu纤维直径为300μm，纯度为0.999；聚氨酯复丝细度为1200D。
(2)线型大应变柔性温度传感器的制备
将以上制得芯体纱线放入直径为1mm的热缩管中，用注射剂向该热缩管注入PDMS(胶料：固化剂＝10:1配置)后置于烘箱中，80℃加热，70min固化，同时热缩管收缩，最后将外层热缩管去掉后制得PDMS/(Cu/PU)线型大应变柔性温度传感器。
实施例3：PU/(Ni/PU)线型大应变柔性温度传感器
(1)芯体纺制
以Ni纤维为外包纱，氨纶复丝(PU)为芯纱制作芯体。利用空心锭包缠机使Ni纤维包缠在氨纶丝表面，捻度为1000捻/m，即螺距为1mm。其中Ni金属纤维直径为300μm，纯度为0.99；聚氨酯复丝细度为840D。
(2)PU/(Ni/PU)线型大应变柔性温度传感器的制备
首先使热缩管收缩，将以上制得芯体纱线放入收缩后的直径为1mm的热缩管中，用注射剂向该热缩管注入聚氨酯树脂，自然条件下1h固化，最后将外层热缩管去掉后制得PU/(Ni/PU)线型大应变柔性温度传感器。
实施例4：PU/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器
(1)芯体纺制
以Pt纤维为外包纱，氨纶复丝(PU)为芯纱制作芯体。利用空心锭包缠机使Pt纤维包缠在氨纶丝表面，捻度为6000捻/m，即螺距为0.167mm。其中Pt金属纤维直径为20μm，纯度为0.999；聚氨酯复丝细度为1200D。
(2)PU/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器的制备
首先使热缩管收缩，将以上制得芯体纱线放入收缩后的直径为1mm的热缩管中，用注射剂向该热缩管注入聚氨酯树脂，自然条件下1h固化，最后将外层热缩管去掉后制得PU/(Pt/PU)线型大应变柔性温度传感器。
不难发现，本发明的包覆层固化后与芯体形成一个整体，能够保护芯体，具有较大的抵抗外力作用能力，满足制作和使用过程的要求，另外，包覆层还能减缓温敏纤维的氧化，具有防水功能，延长传感器的使用寿命；本发明的传感器为直径尺寸小(φ<1mm)形状为线型，有利于将传感器直接用于各种柔性结构中；另外，感温元件的包覆层和芯体具有较好的拉伸变形性，配合温敏纤维的螺旋结构使得传感器具有大变形能力，同时，温敏纤维的螺旋结构也能在一定程度上增大传感器整体电阻。

Claims (8)

1.一种线型大应变柔性电阻式温度传感器，包括芯体和包覆层，其特征在于，所述芯体包括温敏纤维和弹性纤维，所述温敏纤维以螺旋线的方式缠绕在弹性纤维外；所述包覆层为非导电高聚物弹性体，其包覆在所述芯体外，用于固定和保护芯体。
2.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述螺旋线的螺距范围为1/6-1mm。
3.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述温敏纤维为采用阻值随温度变化而变化的材料制成。
4.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述弹性纤维能够承受0-80％应变下的拉伸并具备回复到原点的能力。
5.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述螺旋线的螺距调整方式是通过纱线的包缠技术分别调整弹性纤维和温敏纤维的喂入速度实现。
6.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述包覆层能够承受0-80％应变下的拉伸并具备回复到原点的能力。
7.根据权利要求1所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述包覆层是将非导电高聚物弹性胶状体注入管状模具中加热固化后得到。
8.根据权利要求7所述的线型大应变柔性电阻式温度传感器，其特征在于，所述管状模具的截面为圆形或多边形。
CN201910573980.7A 2019-06-28 2019-06-28 线型大应变柔性电阻式温度传感器 Pending CN110375873A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910573980.7A CN110375873A (zh) 2019-06-28 2019-06-28 线型大应变柔性电阻式温度传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910573980.7A CN110375873A (zh) 2019-06-28 2019-06-28 线型大应变柔性电阻式温度传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110375873A true CN110375873A (zh) 2019-10-25

Family

ID=68251253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910573980.7A Pending CN110375873A (zh) 2019-06-28 2019-06-28 线型大应变柔性电阻式温度传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110375873A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112212999A (zh) * 2020-09-25 2021-01-12 国网山东省电力公司桓台县供电公司 一种光纤温度传感器封装结构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795885A (en) * 1986-05-16 1989-01-03 Westinghouse Electric Corp. Flexible radiant tube heater
CN2254523Y (zh) * 1990-06-21 1997-05-21 陆文俊 液化石油气钢瓶残液促化器
CN2805290Y (zh) * 2005-06-14 2006-08-09 王继勋 高强度电器加热带
CN201097467Y (zh) * 2007-10-24 2008-08-06 宏德亚洲有限公司 远红外电加热缆绳
CN104455154A (zh) * 2014-12-08 2015-03-25 济南轨道交通装备有限责任公司 一种金属丝弹性阻尼元件
CN204484114U (zh) * 2015-03-05 2015-07-22 任秀英 一种胶囊胃镜专用引导管
CN105818464A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 江苏海鹏特种车辆有限公司 带有温感面料层的家纺面料
CN107043990A (zh) * 2017-03-24 2017-08-15 东华大学 一种针织结构柔性可拉伸温度传感器
CN108896199A (zh) * 2018-08-21 2018-11-27 厦门大学 一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795885A (en) * 1986-05-16 1989-01-03 Westinghouse Electric Corp. Flexible radiant tube heater
CN2254523Y (zh) * 1990-06-21 1997-05-21 陆文俊 液化石油气钢瓶残液促化器
CN2805290Y (zh) * 2005-06-14 2006-08-09 王继勋 高强度电器加热带
CN201097467Y (zh) * 2007-10-24 2008-08-06 宏德亚洲有限公司 远红外电加热缆绳
CN104455154A (zh) * 2014-12-08 2015-03-25 济南轨道交通装备有限责任公司 一种金属丝弹性阻尼元件
CN204484114U (zh) * 2015-03-05 2015-07-22 任秀英 一种胶囊胃镜专用引导管
CN105818464A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 江苏海鹏特种车辆有限公司 带有温感面料层的家纺面料
CN107043990A (zh) * 2017-03-24 2017-08-15 东华大学 一种针织结构柔性可拉伸温度传感器
CN108896199A (zh) * 2018-08-21 2018-11-27 厦门大学 一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112212999A (zh) * 2020-09-25 2021-01-12 国网山东省电力公司桓台县供电公司 一种光纤温度传感器封装结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Frutiger et al. Capacitive soft strain sensors via multicore-shell fiber printing
Husain et al. Design and fabrication of temperature sensing fabric
CN110375873A (zh) 线型大应变柔性电阻式温度传感器
CN106683766B (zh) 压电电缆
KR100968533B1 (ko) 광섬유 센서가 장착된 강연선
CN105869744A (zh) 一种探测电缆及其制造方法
CN111289020A (zh) 一种柔性体大变形空间位姿的感知方法
CN209623624U (zh) 一种高灵敏度的光纤光栅位移传感器
CN113654695A (zh) 新型氨纶纤维应变式电阻传感器及制备方法
CN109282910A (zh) 双余度温度敏感元件
CN111521106A (zh) 一种电阻式应变传感器
CN207215307U (zh) 绕制式双余度温度敏感元件
US9702747B2 (en) Mass flowmeter having twisted carbon nanotube composite wire sensing elements
Paloschi et al. 3D-printed sensing samples embedding fiber Bragg gratings: metrological evaluation of different samples materials and fiber coatings
CN204154960U (zh) 一种高导热型铠装感测光缆
CN100416616C (zh) 基于记忆合金丝和感压导电橡胶的火灾探测线缆及报警方法
CN205810432U (zh) 一种探测电缆
CN105336416B (zh) 一种直径小的防辐射导线及小体积温度传感器
DE1648505A1 (de) Druckempfindlicher elektromechanischer Wandler
CN112729630A (zh) 一种用于手势姿态监测的柔性应变传感器及其制备方法
WO2011157471A1 (de) Vorrichtung zur erfassung einer temperatur eines fluiden mediums
CN201584206U (zh) 一种具有感应功能的换位导线
Lau et al. Conductive fabric strain sensor design and electromechanical characterization
CN207730339U (zh) 一种外绕簧式镍电阻敏感元件
CN204128708U (zh) 一种快速响应双丝热电阻测温装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination