一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種測(cè)試傳感元件及其制作方法，尤其是一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前用于應(yīng)變測(cè)試的手段主要是采用普通電阻應(yīng)變片，它是由Φ = 0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片中(基底)制成，這種應(yīng)變片的靈敏度約為2，應(yīng)變測(cè)試有效范圍約為0.5%，用于巖石、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等彈性模量較大的材料應(yīng)變變化較小(小于0.5% )測(cè)試時(shí)是相對(duì)有效的。而對(duì)于其他模量較小的材料，如各種塑料、橡膠等，這些材料的應(yīng)變一般較大，且電阻應(yīng)變片的模量相對(duì)大于這些材料，測(cè)試時(shí)很難保證達(dá)到同步變形，所以無(wú)法完成應(yīng)變測(cè)試。
[0003]近年來(lái)出現(xiàn)的新型大塑性應(yīng)變測(cè)量應(yīng)變計(jì)采用完全退火的康銅敏感柵材料和聚酰亞胺基底材料制造而成，具有良好的高延展性、高伸長(zhǎng)率，應(yīng)變測(cè)試有效范圍在10%左右，有效地解決了較大應(yīng)變測(cè)試問(wèn)題。但由于聚酰亞胺基地這種材料的限制，這種應(yīng)變計(jì)比較適合于更大模量材料的應(yīng)變測(cè)試，這樣就限制了其使用范圍，無(wú)法有效地對(duì)模量更小的塑料、橡膠及土體等材料的應(yīng)變測(cè)試。
[0004]鑒于此，研制一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法，為工程及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中各種材料的應(yīng)變測(cè)試提供新的敏感測(cè)試元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是要提供一種靈敏度高、應(yīng)變量程大的彈性模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該應(yīng)變測(cè)試傳感元件有下層的薄板、中間層的敏感薄膜與電極及上層的絕緣保護(hù)膜；下層、中間層和上層順序連接。
[0007]傳感元件的制作方法，首先根據(jù)被測(cè)試對(duì)象的彈性模量大小，選擇模量相對(duì)更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護(hù)膜材料，然后將導(dǎo)電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進(jìn)行混合配制導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導(dǎo)電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級(jí)均固化后，將選擇好的絕緣保護(hù)膜材料印刷于最上層；絕緣保護(hù)膜固化后，傳感元件制作完畢。
[0008]所述的薄板可以是一種塑料或橡膠材料，厚度0.1?0.3mm ;敏感薄膜基體可以是一種樹(shù)脂或橡膠材料，與導(dǎo)電炭黑或碳納米管充分混合成為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料；導(dǎo)電銀漿直接選用市場(chǎng)上銷(xiāo)售的可印刷的導(dǎo)電銀漿便可；絕緣保護(hù)膜選擇一種樹(shù)脂或橡膠材料。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，下層的薄板采用塑料板或橡膠板，然后將炭黑或碳納米管充填樹(shù)脂或橡膠基的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料印刷于薄板上，待固化后形成敏感薄膜，再將導(dǎo)電銀漿印刷于薄板上，印刷位置位于敏感薄膜兩端，有一定的重疊，保證導(dǎo)電連接。最后待導(dǎo)電銀漿固化后，將樹(shù)脂或橡膠材料印刷于最上層，覆蓋中間層的敏感薄膜與電極，起到絕緣保護(hù)的作用。待樹(shù)脂或橡膠固化后，形成上層的絕緣保護(hù)膜。下層的薄板根據(jù)被測(cè)對(duì)象的彈性模量大小來(lái)選擇何種塑料板或橡膠板，做到選用的薄板的彈性模量要小于被測(cè)對(duì)象，這樣有利于被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)能夠帶動(dòng)薄板一起發(fā)生應(yīng)變，達(dá)到同步應(yīng)變。中間層的敏感薄膜的彈性模量要小于或等于已選薄板的彈性模量，這樣才能保證敏感薄膜與薄板同步產(chǎn)生應(yīng)變；敏感薄膜兩端的電極是為了測(cè)試敏感薄膜的電阻，敏感薄膜是一種電阻敏感性導(dǎo)電高分子材料，當(dāng)敏感薄膜發(fā)生應(yīng)變后，其電阻值將發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)變大小進(jìn)行測(cè)試。上層的絕緣保護(hù)膜，選用與下層的薄板彈性模量相近或相同的樹(shù)脂，印刷時(shí)完全覆蓋中間層的敏感薄膜與電極，是絕緣與防水保護(hù)等作用，避免敏感薄膜裸露于環(huán)境中，其電阻值受到干擾，影響測(cè)試精度。制作的模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件，可實(shí)現(xiàn)各種材料的應(yīng)變測(cè)試。
[0010]優(yōu)點(diǎn)有:
[0011]1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作簡(jiǎn)單，采用印刷工藝，可批量生產(chǎn)，成本低。
[0012]2、根據(jù)被測(cè)試對(duì)象的彈性模量選擇下層薄板，可保證測(cè)試時(shí)的同步變形，保證了測(cè)試精度。
[0013]3、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料制作而成的敏感薄膜，使得傳感元件具有高靈敏度、應(yīng)變量程大等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
:
[0014]圖1為本發(fā)明的模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，1、薄板；2、敏感薄膜；3、電極；4、絕緣保護(hù)膜。
【具體實(shí)施方式】
:
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0017]該應(yīng)變測(cè)試傳感元件有下層的薄板、中間層的敏感薄膜與電極及上層的絕緣保護(hù)膜；下層、中間層和上層順序連接。
[0018]傳感元件的制作方法，首先根據(jù)被測(cè)試對(duì)象的彈性模量大小，選擇模量相對(duì)更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護(hù)膜材料，然后將導(dǎo)電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進(jìn)行混合配制導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導(dǎo)電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級(jí)均固化后，將選擇好的絕緣保護(hù)膜材料印刷于最上層；絕緣保護(hù)膜固化后，傳感元件制作完畢。
[0019]所述的薄板可以是一種塑料或橡膠材料，厚度0.1?0.3mm ;敏感薄膜基體可以是一種樹(shù)脂或橡膠材料，與導(dǎo)電炭黑或碳納米管充分混合成為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料；導(dǎo)電銀漿直接選用市場(chǎng)上銷(xiāo)售的可印刷的導(dǎo)電銀漿便可；絕緣保護(hù)膜選擇一種樹(shù)脂或橡膠材料。
[0020]薄板(I)可以采用各種樹(shù)脂塑料薄板或橡膠薄板。
[0021]敏感薄膜⑵采用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料印刷而成。
[0022]導(dǎo)電高分子復(fù)合材料為導(dǎo)電炭黑或碳納米管填充的橡膠或樹(shù)脂基復(fù)合材料。
[0023]實(shí)施例1:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件為長(zhǎng)條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護(hù)膜4。所要進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試的對(duì)象為混凝土結(jié)構(gòu)，選擇彈性模量小一些的環(huán)氧樹(shù)脂薄板作為下層的薄板1，薄板I的厚度選用0.3mm，長(zhǎng)度為50mm，寬度為10mm。中間層的敏感薄膜2，選用環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，導(dǎo)電炭黑作為充填材料，配制成導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對(duì)薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的可印刷的導(dǎo)電銀漿印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2兩端，且敏感薄膜2與電極3之間有重疊。上層的絕緣保護(hù)膜4采用環(huán)氧樹(shù)脂印刷而成。印刷時(shí)，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進(jìn)行絕緣保護(hù)膜4的印刷。
[0024]實(shí)施例2:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件為長(zhǎng)條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護(hù)膜4。所要進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試的對(duì)象為高壓聚乙烯塑料PE結(jié)構(gòu)，選擇彈性模量小一些的低壓聚乙烯PE薄板作為下層的薄板I，薄板I的厚度選用0.3mm，長(zhǎng)度為50mm，寬度為10mm。中間層的敏感薄膜2，選用苯氧樹(shù)脂作為基體，導(dǎo)電碳納米管作為充填材料，配制成導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對(duì)薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的可印刷的導(dǎo)電銀漿印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2兩端，且敏感薄膜2與電極3之間有重疊。上層的絕緣保護(hù)膜4采用苯氧樹(shù)脂印刷而成。印刷時(shí)，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進(jìn)行絕緣保護(hù)膜4的印刷。
[0025]實(shí)施例3:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件為長(zhǎng)條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護(hù)膜4。所要進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試的對(duì)象為土體結(jié)構(gòu)，選擇彈性模量小一些的硅橡膠薄板作為下層的薄板1，薄板I的厚度選用0.1mm，長(zhǎng)度為50mm，寬度為10mm。中間層的敏感薄膜2，選用娃橡膠作為基體，導(dǎo)電炭黑作為充填材料，配制成導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對(duì)薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的可印刷的導(dǎo)電銀漿印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2兩端，且敏感薄膜2與電極3之間有重疊。上層的絕緣保護(hù)膜4采用硅橡膠印刷而成。印刷時(shí)，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進(jìn)行絕緣保護(hù)膜4的印刷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件，其特征是:該應(yīng)變測(cè)試傳感元件有下層的薄板、中間層的敏感薄膜與電極及上層的絕緣保護(hù)膜；；下層、中間層和上層順序連接。2.—種如權(quán)利要求1所述模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件的制作方法，其特征是:傳感元件的制作方法，首先根據(jù)被測(cè)試對(duì)象的彈性模量大小，選擇模量相對(duì)更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護(hù)膜材料，然后將導(dǎo)電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進(jìn)行混合配制導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導(dǎo)電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級(jí)均固化后，將選擇好的絕緣保護(hù)膜材料印刷于最上層；絕緣保護(hù)膜固化后，傳感元件制作完畢。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件的制作方法，其特征是:一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法所述的薄板可以是一種塑料或橡膠材料，厚度.0.1?0.3mm ;敏感薄膜基體可以是一種樹(shù)脂或橡膠材料，與導(dǎo)電炭黑或碳納米管充分混合成為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料；導(dǎo)電銀漿直接選用市場(chǎng)上銷(xiāo)售的可印刷的導(dǎo)電銀漿便可；絕緣保護(hù)膜選擇一種樹(shù)脂或橡膠材料。
【專(zhuān)利摘要】一種模量匹配的應(yīng)變測(cè)試傳感元件及其制作方法，屬于測(cè)試傳感元件及其制作方法。有下層的薄板、中間層的敏感薄膜與電極及上層的絕緣保護(hù)膜組成；下層的薄板為塑料或橡膠薄板，根據(jù)應(yīng)變測(cè)試對(duì)象的模量選擇確定；中間層的敏感薄膜與電極，電極位于敏感薄膜兩端，敏感薄膜采用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料印制而成，電極使用導(dǎo)電銀漿印制而成；上層的絕緣保護(hù)膜采用樹(shù)脂或橡膠印刷而成。根據(jù)測(cè)試對(duì)象的模量大小選擇下層的薄板、中間層的敏感薄膜與電極及上層的絕緣保護(hù)膜，做到模量匹配，制成應(yīng)變測(cè)試傳感元件，這種傳感元件可以更好地與被測(cè)對(duì)象達(dá)到同步應(yīng)變，測(cè)試到的應(yīng)變量將更準(zhǔn)確，測(cè)試量程也很好地滿(mǎn)足，測(cè)試精度提高；批量生產(chǎn)情況下，成本低，效果好。
【IPC分類(lèi)】G01B7/16
【公開(kāi)號(hào)】CN104913718
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510394523
【發(fā)明人】周?chē)?guó)慶, 廖波, 季雨坤, 常傳源, 況聯(lián)飛, 周檀君, 趙光思, 梁恒昌, 商翔宇
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月7日