一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法，包括敏感柵（2）、引線（4）、臨時(shí)框架（5）三部分。通過(guò)膠粘劑或熱熔將臨時(shí)基底（1）與金屬合金箔熱合層壓，利用光刻、化學(xué)蝕刻或激光蝕刻而成。通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、激光等方式調(diào)整敏感柵（2）電阻值達(dá)到目標(biāo)阻值。通過(guò)化學(xué)方式將臨時(shí)基底（1）溶化或去除翻轉(zhuǎn)到臨時(shí)框架（3）上，使應(yīng)變計(jì)敏感柵部分裸露。最后采用熱熔焊、電阻焊、超聲焊等方式將焊盤(pán)與引線（4）熔融緊密相連，形成高溫箔式應(yīng)變計(jì)。本發(fā)明高溫箔式應(yīng)變計(jì)具有多種電阻值，電阻分散性不大于±1%，具有單軸、雙軸和多軸敏感柵結(jié)構(gòu)，滿足400~1100℃范圍類應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定可靠測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)變計(jì)及其制造方法，特別涉及一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常情況下，應(yīng)變計(jì)作為應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量敏感元件，被廣泛應(yīng)用于能源、交通、土木工程、電子、化工、航空航天、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。隨著航空航天、能源、核工業(yè)、軍事等技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組、反應(yīng)裝置、冶煉裝置的安全健康監(jiān)測(cè)提出了更高要求，也希望能夠真實(shí)反映運(yùn)行狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、安全狀態(tài)、設(shè)計(jì)狀態(tài)、失效模式等，應(yīng)用于這些領(lǐng)域的應(yīng)變計(jì)具有的特點(diǎn)是能夠在嚴(yán)酷的高溫環(huán)境下(400°C以上)正常工作。
[0003]傳統(tǒng)箔式應(yīng)變計(jì)的制造方法為:
[0004]1、在康銅或卡瑪合金箔表面直接涂敷一層應(yīng)變膠，通過(guò)加溫固化成型應(yīng)變計(jì)基
底 。
[0005]2、清洗合金箔表面，在其表面涂敷一層光刻膠，使用掩膜版通過(guò)紫外燈感光成型應(yīng)變計(jì)敏感柵圖形，然后通過(guò)化學(xué)溶解方式將光刻膠感光部分溶解去除，顯露出掩膜版圖形形狀的金屬合金箔。
[0006]3、通過(guò)化學(xué)蝕刻方法將圖形中顯露出的金屬合金箔蝕刻去除，成形應(yīng)變計(jì)敏感柵，此時(shí)應(yīng)變計(jì)的阻值為初始值。
[0007]4、使用香蕉水將合金箔保護(hù)區(qū)域的光刻膠去除，顯露出全部敏感柵。
[0008]5、使用機(jī)械打磨方式，減小應(yīng)變計(jì)敏感柵橫截面積增大阻值，使其達(dá)到應(yīng)變計(jì)標(biāo)稱值(目標(biāo)值)。
[0009]6、為了保護(hù)應(yīng)變計(jì)敏感柵，在敏感柵表面涂敷一層與應(yīng)變計(jì)基底相同材質(zhì)的應(yīng)變膠，通過(guò)加溫固化形成應(yīng)變計(jì)蓋層。
[0010]7、使用電烙鐵熔化焊錫將應(yīng)變計(jì)測(cè)試引線與應(yīng)變計(jì)焊盤(pán)連接一起。
[0011]然而，上述箔式應(yīng)變計(jì)能夠承受的最高溫度為250°C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)嚴(yán)酷的高溫環(huán)境下(400°C以上)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種可以適應(yīng)400°C以上高溫環(huán)境的高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0014]一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)的制造方法，包括以下步驟:(I)敏感柵制造:將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起，然后通過(guò)平面化學(xué)蝕刻、激光蝕刻工藝形成敏感柵部分；(2)調(diào)阻:通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、激光方式調(diào)整敏感柵電阻值達(dá)到目標(biāo)阻值；(3)反轉(zhuǎn)臨時(shí)框架:通過(guò)化學(xué)方式將臨時(shí)基底溶化或去除翻轉(zhuǎn)到臨時(shí)框架上，使應(yīng)變計(jì)敏感柵部分裸露；(4)焊接成型:將敏感柵的焊盤(pán)與引線熔融緊密相連，最后經(jīng)過(guò)分選、測(cè)試，將敏感柵、臨時(shí)框架、弓丨線固定在包裝載體上形成高溫箔式應(yīng)變計(jì)。[0015]所述步驟(I)中，采用膠粘劑或熱熔將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起。
[0016]所述膠粘劑的材料為聚酯、丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂或光敏樹(shù)脂。
[0017]所述步驟(4)中，采用熱熔焊、電阻焊、超聲焊方式將焊盤(pán)與引線熔融緊密相連。
[0018]一種根據(jù)上述方法制造的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，所述高溫箔式應(yīng)變計(jì)可以滿足400?1100°C范圍內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定測(cè)試。
[0019]所述金屬合金箔為厚度I?30 ii m的鎳鉻合金、卡瑪合金、鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金或鉬銥合金。
[0020]所述鐵鉻鋁合金的成分為:Cr22%、A15.5?5.8%，剩余為Fe。
[0021]所述臨時(shí)基底的厚度為0.03?0.3mm，材料為聚酰亞胺、環(huán)氧或聚酯。
[0022]所述臨時(shí)框架材料為聚酰亞胺膠帶或玻璃絲布增強(qiáng)特氟龍膠帶。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明高溫箔式應(yīng)變計(jì)及其制造方法至少具有以下有益效果:
[0024]1、選用敏感柵材料為耐高溫的鎳鉻合金、卡瑪合金、鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金或鉬銥合金。其中，鎳鉻合金、卡瑪合金制作應(yīng)變計(jì)敏感柵耐溫可至400°C。鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金或鉬銥合金表面生成的氧化膜結(jié)構(gòu)致密，與基體粘附性好，具有良好的抗氧化性，相對(duì)較好的抗?jié)B碳性能，對(duì)含硫氣氛具有很好的抗侵蝕性，耐溫可至1000°C以上。
[0025]2、上述材料制作的高溫箔式應(yīng)變計(jì)敏感柵為裸柵，不帶有機(jī)基底，使用時(shí)直接將敏感柵粘貼在耐高溫的無(wú)機(jī)陶瓷膠表面。
[0026]3、上述耐高溫?zé)o機(jī)陶瓷膠為磷酸鹽類，耐溫可至1000°C以上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明圖形成型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明廣品基本構(gòu)造不意圖。
[0029]圖3是安裝示意圖。
[0030]圖中:1.臨時(shí)基底，2.敏感柵，3.臨時(shí)框架，4.引線，5.無(wú)機(jī)高溫膠，6.被測(cè)試件。【具體實(shí)施方式】
[0031]請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供的箔式高溫應(yīng)變計(jì)，主要由根據(jù)高溫測(cè)試特性設(shè)計(jì)的箔式敏感柵2、焊盤(pán)、引線4、臨時(shí)框架3組成。箔式敏感柵包括敏感柵主體、邊柵、焊盤(pán)，采用平面化學(xué)蝕刻、激光蝕刻等工藝形成。敏感柵圖形可以根據(jù)功能需要設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，至少包含有敏感柵和端頭。焊盤(pán)與引線通過(guò)熱熔焊、電阻焊、超聲焊等方式將兩者熔融緊密相連，以保證信號(hào)傳遞的可靠穩(wěn)定。通過(guò)選擇金屬合金箔材料和圖形設(shè)計(jì)控制蝕刻的電阻值，結(jié)合導(dǎo)線電阻、阻值調(diào)整實(shí)現(xiàn)電阻值120Q、350Q，甚至1000Q的選擇，電阻分散控制在±1%。也可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸，甚至三軸圖形結(jié)構(gòu)的箔式高溫應(yīng)變計(jì)成型。同時(shí)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)端頭形狀和尺寸，最大限度降低橫向效應(yīng)。
[0032]本發(fā)明還提供箔式高溫應(yīng)變計(jì)的制造方法，包含以下主要工序，應(yīng)變計(jì)敏感柵制造、調(diào)阻、反轉(zhuǎn)臨時(shí)框架、焊接成型。(I)敏感柵制造:敏感柵制造采用特殊膠粘劑(特殊膠粘劑的材料為聚酯、丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂或光敏樹(shù)脂)或熱熔將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起，然后通過(guò)平面化學(xué)蝕刻、激光蝕刻等工藝形成敏感柵部分，敏感柵部分至少包含有敏感柵主體、邊柵、端頭、焊盤(pán)。(2)調(diào)阻:通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、激光等方式調(diào)整其電阻值達(dá)到目標(biāo)阻值。(3)反轉(zhuǎn)臨時(shí)框架:通過(guò)化學(xué)方式將臨時(shí)基底溶化或去除翻轉(zhuǎn)到臨時(shí)框架上，使應(yīng)變計(jì)敏感柵部分裸露。(4)焊接成型:采用熱熔焊、電阻焊、超聲焊等方式將焊盤(pán)與引線熔融緊密相連。最后經(jīng)過(guò)分選、測(cè)試，將敏感柵、臨時(shí)框架、引線固定在包裝載體上形成高溫箔式應(yīng)變計(jì)。
[0033]所述的金屬合金箔為厚度I?30 ii m的具有較高耐溫特性、準(zhǔn)確傳遞應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的鎳鉻合金、卡瑪合金、鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金、鉬銥合金等。這些合金可以滿足400?1100°C范圍內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定測(cè)試。
[0034]所述臨時(shí)基底材料有聚酰亞胺、環(huán)氧、聚酯等。所述引線材料為鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金。所述臨時(shí)框架材料有聚酰亞胺膠帶、玻璃絲布增強(qiáng)特氟龍(英文Teflon，也稱聚四氟乙烯)膠帶。
[0035]本發(fā)明還提供一種用于粘貼高溫箔式應(yīng)變計(jì)的無(wú)機(jī)高溫基底膠，其目的是將應(yīng)變計(jì)緊密牢固地安裝在被測(cè)件表面，準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變。所述無(wú)機(jī)高溫基底膠的成分百分比:Al (H2PO4) 3 為 20 ?30% ；Cr03 為 5 ?10% ;硅烷處理 SiO2 為 20 ?40% ；A1203 為 5 ?10% ；TiO2為10?20% ;去離子水為5?10%。
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0037]圖1是本發(fā)明圖形成型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中臨時(shí)基底I為聚酯薄膜，通過(guò)成膜處理，厚度0.03?0.3mm，利用聚酯、丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂或光敏樹(shù)脂等膠粘劑或熱熔，將聚酯薄膜與合金金屬箔熱合層壓到一起。臨時(shí)基底I也可以是聚酰亞胺、環(huán)氧等材料。然后采用平面化學(xué)蝕亥IJ、激光蝕刻等工藝形成敏感柵2圖形，敏感柵2圖形可以根據(jù)功能需要設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，至少包含有敏感柵和端頭。本實(shí)施例結(jié)構(gòu)為BB結(jié)構(gòu)(也稱“T”型結(jié)構(gòu))。本實(shí)施例中敏感柵2材料所用金屬合金箔為厚度I?30 ii m的具有較高耐溫特性、準(zhǔn)確傳遞應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的鎳鉻合金、卡瑪合金、鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金、鉬銥合金等。
[0038]圖2是本發(fā)明產(chǎn)品基本構(gòu)造示意圖。主要由敏感柵2、臨時(shí)框架3、引線4組成。采用特殊膠粘劑或熱熔將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起，通過(guò)平面化學(xué)蝕刻、激光蝕刻等工藝形成敏感柵2部分，敏感柵2部分至少包含有敏感柵2主體、邊柵、端頭、焊盤(pán)。本實(shí)施例中敏感柵2材料采用穩(wěn)定理化性能和優(yōu)異電性能的鐵鉻鋁合金箔(成分Cr22%、A15.5?5.8%，剩余為Fe)，也可以采用鎳鉻合金、卡瑪合金、鉬鎢合金、鉬銥合金等，厚度范圍0.005?0.03_。然后通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、激光等方式調(diào)整其電阻值達(dá)到目標(biāo)阻值，通過(guò)化學(xué)方式將臨時(shí)基底I溶化或去除翻轉(zhuǎn)到臨時(shí)框架3上，使應(yīng)變計(jì)敏感柵部分裸露，臨時(shí)框架為玻璃絲布增強(qiáng)特氟龍(英文Teflon,也稱聚四氟乙烯)膠帶,厚度為0.05?0.3mm,也可采用聚酰亞胺膠帶，表面膠粘劑為硅酮類。采用熱熔焊、電阻焊、超聲焊等方式將焊盤(pán)與引線4熔融緊密相連，形成高溫箔式應(yīng)變計(jì)。本實(shí)施例形成的高溫應(yīng)變計(jì)電阻值為350Q，敏感柵長(zhǎng)度為2mm,電阻分散度< ±1%。
[0039]圖3是安裝示意圖。采用無(wú)機(jī)高溫膠5將高溫箔式應(yīng)變計(jì)粘貼在被測(cè)試件6上，然后測(cè)量試件應(yīng)力應(yīng)變。無(wú)機(jī)高溫膠5的成分百分比為:A1 (H2PO4)3為20?30% ；Cr03為5?10% ;硅烷處理SiO2為20?40% ；A1203為5?10% ；Ti02為10?20% ;去離子水為5?10%。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫箔式應(yīng)變計(jì)的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)敏感柵制造:將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起，然后通過(guò)平面化學(xué)蝕刻、激光蝕刻等工藝形成敏感柵部分； (2)調(diào)阻:通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、激光方式調(diào)整敏感柵電阻值達(dá)到目標(biāo)阻值； (3)反轉(zhuǎn)臨時(shí)框架:通過(guò)化學(xué)方式將臨時(shí)基底溶化或去除翻轉(zhuǎn)到臨時(shí)框架上，使應(yīng)變計(jì)敏感柵部分裸露； (4)焊接成型:將敏感柵的焊盤(pán)與引線熔融緊密相連，最后經(jīng)過(guò)分選、測(cè)試，將敏感柵、臨時(shí)框架、引線固定在包裝載體上形成高溫箔式應(yīng)變計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟(I)中，采用膠粘劑或熱熔將金屬合金箔與臨時(shí)基底熱合層壓在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述膠粘劑的材料為聚酯、丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂或光敏樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟(4)中，采用熱熔焊、電阻焊、超聲焊方式將焊盤(pán)與引線熔融緊密相連。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法制造的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，其特征在于:所述高溫箔式應(yīng)變計(jì)可以滿足400?1100°C范圍內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定測(cè)試。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，其特征在于:所述金屬合金箔為厚度I?30 um的鎳鉻合金、卡瑪合金、鐵鉻鋁合金、鉬鎢合金或鉬銥合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，其特征在于:所述鐵鉻鋁合金的成分為:Cr22%、A15.5 ?5.8%，剩余為 Fe。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，其特征在于:所述臨時(shí)基底的厚度為0.03?0.3mm，材料為聚酰亞胺、環(huán)氧或聚酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫箔式應(yīng)變計(jì)，其特征在于:所述臨時(shí)框架材料為聚酰亞胺膠帶或玻璃絲布增強(qiáng)特氟龍膠帶。
【文檔編號(hào)】G01B7/16GK103615967SQ201310638817
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】晏志鵬, 趙家輝, 劉鵬, 張志剛, 張勛, 劉旭, 熊英, 任博哲, 雒平華 申請(qǐng)人:中航電測(cè)儀器股份有限公司