一種模量匹配的應(yīng)變測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% )測試時是相對有效的。而對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)變片的模量相對大于這些材料，測試時很難保證達到同步變形，所以無法完成應(yīng)變測試。
[0003]近年來出現(xiàn)的新型大塑性應(yīng)變測量應(yīng)變計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、高伸長率，應(yīng)變測試有效范圍在10%左右，有效地解決了較大應(yīng)變測試問題。但由于聚酰亞胺基地這種材料的限制，這種應(yīng)變計比較適合于更大模量材料的應(yīng)變測試，這樣就限制了其使用范圍，無法有效地對模量更小的塑料、橡膠及土體等材料的應(yīng)變測試。
[0004]鑒于此，研制一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件及其制作方法，為工程及室內(nèi)實驗中各種材料的應(yīng)變測試提供新的敏感測試元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題: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)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該應(yīng)變測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)被測試對象的彈性模量大小，選擇模量相對更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護膜材料，然后將導電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進行混合配制導電高分子復合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級均固化后，將選擇好的絕緣保護膜材料印刷于最上層；絕緣保護膜固化后，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脂或橡膠材料，與導電炭黑或碳納米管充分混合成為導電高分子復合材料；導電銀漿直接選用市場上銷售的可印刷的導電銀漿便可；絕緣保護膜選擇一種樹脂或橡膠材料。
[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脂或橡膠基的導電高分子復合材料印刷于薄板上，待固化后形成敏感薄膜，再將導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，保證導電連接。最后待導電銀漿固化后，將樹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，起到絕緣保護的作用。待樹脂或橡膠固化后，形成上層的絕緣保護膜。下層的薄板根據(jù)被測對象的彈性模量大小來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對象，這樣有利于被測對象產(chǎn)生應(yīng)變時能夠帶動薄板一起發(fā)生應(yīng)變，達到同步應(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試敏感薄膜的電阻，敏感薄膜是一種電阻敏感性導電高分子材料，當敏感薄膜發(fā)生應(yīng)變后，其電阻值將發(fā)生變化，對應(yīng)變大小進行測試。上層的絕緣保護膜，選用與下層的薄板彈性模量相近或相同的樹脂，印刷時完全覆蓋中間層的敏感薄膜與電極，是絕緣與防水保護等作用，避免敏感薄膜裸露于環(huán)境中，其電阻值受到干擾，影響測試精度。制作的模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件，可實現(xiàn)各種材料的應(yīng)變測試。
[0010]優(yōu)點有:
[0011]1、結(jié)構(gòu)簡單，制作簡單，采用印刷工藝，可批量生產(chǎn)，成本低。
[0012]2、根據(jù)被測試對象的彈性模量選擇下層薄板，可保證測試時的同步變形，保證了測試精度。
[0013]3、導電高分子復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。
【附圖說明】
:
[0014]圖1為本發(fā)明的模量匹配的應(yīng)變測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、絕緣保護膜。
【具體實施方式】
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[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的描述:
[0017]該應(yīng)變測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)被測試對象的彈性模量大小，選擇模量相對更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護膜材料，然后將導電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進行混合配制導電高分子復合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級均固化后，將選擇好的絕緣保護膜材料印刷于最上層；絕緣保護膜固化后，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脂或橡膠材料，與導電炭黑或碳納米管充分混合成為導電高分子復合材料；導電銀漿直接選用市場上銷售的可印刷的導電銀漿便可；絕緣保護膜選擇一種樹脂或橡膠材料。
[0020]薄板(I)可以采用各種樹脂塑料薄板或橡膠薄板。
[0021]敏感薄膜⑵采用導電高分子復合材料印刷而成。
[0022]導電高分子復合材料為導電炭黑或碳納米管填充的橡膠或樹脂基復合材料。
[0023]實施例1:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件為長條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護膜4。所要進行應(yīng)變測試的對象為混凝土結(jié)構(gòu)，選擇彈性模量小一些的環(huán)氧樹脂薄板作為下層的薄板1，薄板I的厚度選用0.3mm，長度為50mm，寬度為10mm。中間層的敏感薄膜2，選用環(huán)氧樹脂作為基體，導電炭黑作為充填材料，配制成導電高分子復合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場上購買的可印刷的導電銀漿印刷到薄板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。上層的絕緣保護膜4采用環(huán)氧樹脂印刷而成。印刷時，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進行絕緣保護膜4的印刷。
[0024]實施例2:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件為長條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護膜4。所要進行應(yīng)變測試的對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，長度為50mm，寬度為10mm。中間層的敏感薄膜2，選用苯氧樹脂作為基體，導電碳納米管作為充填材料，配制成導電高分子復合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場上購買的可印刷的導電銀漿印刷到薄板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。上層的絕緣保護膜4采用苯氧樹脂印刷而成。印刷時，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進行絕緣保護膜4的印刷。
[0025]實施例3:如圖1所示，本發(fā)明的一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件為長條形，它包括下層的薄板1、中間層的敏感薄膜2與電極3及上層的絕緣保護膜4。所要進行應(yīng)變測試的對象為土體結(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，導電炭黑作為充填材料，配制成導電高分子復合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前對薄板I上表面用溶劑擦洗干凈，保證印刷效果。中間層的電極3使用市場上購買的可印刷的導電銀漿印刷到薄板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。上層的絕緣保護膜4采用硅橡膠印刷而成。印刷時，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷電極3，待電極3固化后再進行絕緣保護膜4的印刷。
【主權(quán)項】
1.一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件，其特征是:該應(yīng)變測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)被測試對象的彈性模量大小，選擇模量相對更小一些的薄板、敏感薄膜基體及絕緣保護膜材料，然后將導電炭黑或碳納米管與敏感薄膜基體進行混合配制導電高分子復合材料，并將其印刷在選擇好的薄板上，再次將導電銀漿印刷在敏感薄膜兩端，最后待敏感薄膜與電級均固化后，將選擇好的絕緣保護膜材料印刷于最上層；絕緣保護膜固化后，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脂或橡膠材料，與導電炭黑或碳納米管充分混合成為導電高分子復合材料；導電銀漿直接選用市場上銷售的可印刷的導電銀漿便可；絕緣保護膜選擇一種樹脂或橡膠材料。
【專利摘要】一種模量匹配的應(yīng)變測試傳感元件及其制作方法，屬于測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膜組成；下層的薄板為塑料或橡膠薄板，根據(jù)應(yīng)變測試對象的模量選擇確定；中間層的敏感薄膜與電極，電極位于敏感薄膜兩端，敏感薄膜采用導電高分子復合材料印制而成，電極使用導電銀漿印制而成；上層的絕緣保護膜采用樹脂或橡膠印刷而成。根據(jù)測試對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膜，做到模量匹配，制成應(yīng)變測試傳感元件，這種傳感元件可以更好地與被測對象達到同步應(yīng)變，測試到的應(yīng)變量將更準確，測試量程也很好地滿足，測試精度提高；批量生產(chǎn)情況下，成本低，效果好。
【IPC分類】G01B7/16
【公開號】CN104913718
【申請?zhí)枴緾N201510394523
【發(fā)明人】周國慶, 廖波, 季雨坤, 常傳源, 況聯(lián)飛, 周檀君, 趙光思, 梁恒昌, 商翔宇
【申請人】中國礦業(yè)大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年7月7日