如何制作低溫環(huán)境下使用電阻應(yīng)變式傳感器
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(3) 低溫下防護(hù)劑對(duì)提高傳感器穩(wěn)定性有極重要作用。傳感器應(yīng)用場(chǎng)合，彈性體表面應(yīng)變片溫度由室溫逐漸致冷介質(zhì)注入而降低。彈性體冷卻過程中，將空氣中微量水分吸附彈性體表面，形成白霜。當(dāng)傳感器經(jīng)受周期性溫度變化時(shí)，應(yīng)變片表面白霜熔化成水分，使應(yīng)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(yán)重時(shí)會(huì)使傳感器失效。
深低溫下防護(hù)劑一般不宜采用室溫下常用防護(hù)劑，這是某些室溫防護(hù)劑其硬度會(huì)隨溫度降低而增加，形成一定加強(qiáng)效應(yīng)，低溫下也易發(fā)生脆裂等現(xiàn)象，，傳感器用應(yīng)變片防護(hù)劑，一般可采用粘貼應(yīng)變片貼片膠如改性環(huán)氧 - 酚醛膠， PPS 膠（聚苯硫醚）等，應(yīng)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(wěn)定了。
其調(diào)整和補(bǔ)償工作比較簡(jiǎn)單；但變溫環(huán)境條件下使用傳感器其補(bǔ)償技術(shù)要求相對(duì)要高和嚴(yán)格多。
由前述可知， Ni-Cr 系合金電阻溫度系數(shù) ( a R ) 可以調(diào)整合金成分和熱處理工藝來加以調(diào)節(jié) ，可制作適用于不同彈性體材料溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片，減小傳感器溫度影響，提高傳感器性能指標(biāo)。， Ni-Cr 系合金低溫環(huán)境下 (10~20K) 其熱輸出出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即謂近藤效應(yīng)（如圖 7 ）。
由圖可見， KFL 型應(yīng)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(xiàn)負(fù)輸出。 WK 型應(yīng)變片（玻璃纖維增強(qiáng)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(fù)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(qū)間，這種逆轉(zhuǎn)變化，給傳感器零點(diǎn)溫漂補(bǔ)償帶來一定困難，減小這種影響，選用應(yīng)變片時(shí)應(yīng)盡量選用具有溫度自補(bǔ)償。同一批應(yīng)變片，有條件時(shí)可對(duì)應(yīng)變片溫度特性進(jìn)行預(yù)選，以提高橋路補(bǔ)償效果。
三、低溫電阻應(yīng)變式傳感器性能試驗(yàn)裝置
低溫電阻應(yīng)變式傳感器各項(xiàng)性能參數(shù)必須低溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)定，如何獲低溫環(huán)境和保持低溫環(huán)境這是試驗(yàn)工作重要環(huán)節(jié)。
1 、低溫環(huán)境條件獲
低溫試驗(yàn)時(shí)，絕大多數(shù)情況下，是應(yīng)用各種致冷劑來達(dá)到預(yù)定試驗(yàn)溫度，當(dāng)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獲取所需溫度，具體方法應(yīng)試驗(yàn)要求來確定。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(dá)到溫度列于表 2 。
研究電阻應(yīng)變式壓力傳感器低溫下 (77~300K) 性能參數(shù)，典型試驗(yàn)裝置及測(cè)試系統(tǒng)如圖 8 所示，整個(gè)裝置由四個(gè)部分組成。
②壓力源及測(cè)壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)由高壓氮?dú)淦俊p壓閥、標(biāo)準(zhǔn)壓力表、低溫壓力腔、放氣閥及連接管道等組成。
③溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)。低溫壓力腔及傳感器溫度由銅 - 康銅熱電偶測(cè)定。壓力腔及傳感器溫度系統(tǒng)由鉑電阻溫度計(jì)、加熱器及低溫控溫儀等組成。
④壓力傳感器信號(hào)變換及顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電阻應(yīng)變式壓力傳感器、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和數(shù)字電壓表等組成。
為標(biāo)定引伸計(jì)低溫下 (4.2~300K) 性能，其典型試驗(yàn)裝置如圖 9 所示。該系統(tǒng)試驗(yàn)溫度要按使用條件分階段進(jìn)行（如 300K 、 77K 、 20K 、 4.2K 等），該系統(tǒng)主要包括：
①標(biāo)定機(jī)構(gòu)。校準(zhǔn)器采用專供校準(zhǔn)引伸計(jì)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(jì)。
②低溫介質(zhì)容器。盛置低溫介質(zhì)容器是由內(nèi)外兩個(gè)玻璃杜瓦組成。內(nèi)杜瓦與上法蘭盤之間用不銹鋼連接內(nèi)罩相連，內(nèi)杜瓦連接罩間由二道真空橡皮密封。內(nèi)外杜瓦及標(biāo)定機(jī)構(gòu)重量是由外框架承擔(dān)。
③溫控系統(tǒng)。調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度，裝置引伸計(jì)刀口兩側(cè)裝有變溫加熱器，其功率約為 0.3W 。下加熱器是為調(diào)節(jié)上部空間溫度及烘干液氦之用，它位于標(biāo)定機(jī)構(gòu)下端，功率為 0.35W 。測(cè)溫元件可采用金 - 鐵熱電偶或鉑電阻溫度計(jì)。
④位移測(cè)量系統(tǒng)。引伸計(jì)變形測(cè)量是由動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和 x-y 記錄儀組成。
四、結(jié)束語
一般市售各種電阻應(yīng)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(yīng)變式傳感器，往往需要自行進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。本文主要介紹電阻應(yīng)變片低溫下特殊性能，設(shè)計(jì)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(yīng)變式傳感器主壓力和位移等傳感器，確認(rèn)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(biāo)定系統(tǒng)，以供有關(guān)人員參考。
評(píng)論