0制作高稳定性能箔式应变片的最佳选择

中国运裁火箭技术研究院第七。二研究所尹福炎 【摘要】称重传感器的长期稳定性，是称重传感器业界长期关心的问题，由经验和实践 表明，由玻璃纤维增强基底、全密封结构形式是制作高稳定性箔式应变片的最佳选择。本文主要 介绍玻璃纤维增强基底及全密封箔式应变片的结构特点以及用国产无碱性玻璃纤维布做增强 基底也可翩作出高性能各种箔式应变片。 【关键词】玻璃纤维增强基底应变片；无碱性玻璃纤维；称重传感器；箔式应变片 【中图分类号】7m715．1：TH703．1【文献标识码】B nbre醇a鹳enha眦es蛐妇雎船al鼬哪ctⅡ珊0ff删吣 Abstrad：皿e10ng—te工工Ils协bility0f10adceIl扭long_te皿concc血gprob】啪i11me疗eldofloadceUhdica血gbyme麒p嘶一 ence趾dthepra嘶cethat，fIbe唱1assenhancingbasis锄dtheen血eseal咖ctI】删s哆leis山ebe毗choiceIom眦ufactunngfoil gage、Ⅳi血hi曲s船bili【yThisa—clemainlyin叻duces助re西assenhancementf11IldusaIldstrI】cturecharacteds吐csofwhokseal foilgage，italsomallufactIlres叫lkindsofMgh—pe南唧舭cefoilgagew汕dome出cnon一址aliIli哼助erglassclom髂enhance— mentfUfIdus Keywords：FibregIassenhancemeⅡtfundusgage；non一鲥kalini印矗reglaSs；10adcell；fongage 1序言 随着电子衡器和自动称量技术的发展，对各种 高精度称蕈传感器的需用量也日益增加。特别是微 型计算机及电子电路技术的发展，催生了数字化智 能称重传感器的发展。我国加人wTO，五年来的实 践，又为电子衡器业界展现了宽广的世界市场前景， 但是关于称重传感器的长期稳定性始终困扰着业界 的各级领导，所谓称重传感器的稳定性，简单地可归 结为两个方面，一是称重传感器性能随时问的变化； 另一个是指称蘑传感器在环境条件(如高温、低温、 湿度、振动与冲击、疲劳等)下性能的变化。要获得 性能稳定的各种高精度称重传感器，选用性能稳定 的箔式应变片是关键问题之一。对于各种称重传感 器用箔式应变片而言，影响其稳定性的因素很多，如 基底材料、敏感栅结构的几何形状及材料、箔式应变 片加工工艺过程以及稳定性处理程序等诸多原因。 但是应该看到，人们所关注的稳定性，实际上可以归 结为一句话，就是要求应变片的敏栅与基底之间要 具有高的粘接强度，并且不随环境条件而变化。由经 验和实践表明，采用以玻璃纤维增强基底、全密封结 构形式箔式应变片，就能有效地提高箔式应变片的 稳定性，关于胶粘剂对应变片和传感器性能的影响， 已在先前的文章⋯中做了详细的介绍，本文主要就玻 璃纤维增强基底及全密封等工艺加以简要i寸论。 2玻璃纤维增强基底应变片 传统箔式应变片的基底，是在清洗干净的箔材 ；；；0；；；，p窜嚣，劳第1霉_誊；蒡i；自彤、；。； 万方数据 胶膜的线膨胀系数一般在30×lO屯100×lO呵℃之 问，而箔式应变片的金属箔材的线膨胀系数，对于康 铜材料，其“m_15×10呷。c；卡码或伊文等镍铬改良 型合金箔的Ⅸm_13．3×1呻℃左右，它们与胶膜材料 之间相差l一7倍左右，从而在胶膜基底中形成比较 大的残余应力，残余应力随时间的变化，是造成零点 漂移的重要原因。胶膜材料本身是一类具有粘弹性 特性的材料，当环境条件即温度与湿度变化的场合， 其呈现的蠕变、滞后现象也会更为明显。另外，任何 高聚物在自然环境条件下的老化，会使胶粘剂的粘 结力自然地下降，上述因素的综合作用，造成了箔式 应变片的不稳定。 体积收缩率一(×10。) o，妒，妒。妒b妒6妒1妒。妒q妒世妒、、曳妒 —-、，————7、—————、————J、-—_、√ ——●——r———。： ———-，—、Jr—_—————_／ 一-!‘ -： 酚醛胶(术屑填料) 酚醛胶(无填料) ：-。酚醛胶(石棉填料) ：酚醛胶(云母填料) ：环氧胶(无填料) 环氧胶(硅填料) 环氧胶t玻璃纤维填料) 图l环氧、酚醛胶固化引起的体积收缩 为了提高箔式应变片的稳定性，降低和减小胶 膜的线膨胀系数，通常可以采用两种方法，即一种是 在胶粘剂中添加各种无机填料，如石棉粉、钢玉粉 (A120，)及si0：粉等，它可以影响胶粘剂的密度，胶 接强度、弹性模量、线膨胀系数和热稳定性等，研究 表明，在环氧胶中加入40％的石英填料后，其粘结 强度可提高40％。粉状填料的补强作用是填料粒子 的活性表面与聚合物分子链结合形成一种交联结构 的结果。对于酚醛、环氧胶粘剂在匮l化后的收缩如 璃纤维纸或玻璃纤维布，铺设在涂好胶粘剂的箔材 上，然后经加压、加温崮化后制成增强基底。纤维状 填料的增强原理与混凝土中的钢筋对水泥的增强作 用相似，因此，纤维增强材料的强度与纤维填料的强 度和胶粘剂与纤维之间的胶接力有关。试验表明，由 玻璃纤维增强的环氧胶粘剂，其线膨胀系数可降至 11×1(^35×10叶℃；玻璃纤维增强的酚醛树脂，其 线膨胀系数可降至8×10屯20xlo啤℃范围。由此 可见，经玻璃纤维增强的基底，其线膨胀系数有希望 能与应变箔栅材料的线膨胀系数有良好的匹配，从 而可大大地降低基底胶层中的残余应力，有利于提 高箔式应变片的稳定性。 图2国外玻璃纤维增强基底应变计 应变片技术所用的玻璃纤维是一种具有优良电 绝缘性能的电工用无碱性玻璃纤维。所谓无碱性玻 璃纤维是指含碱量不超过2％的铝硅酸铝玻璃纤 维。用作箔式应变片增强基底的玻璃纤维有两种形 式，一种是玻璃纤维纸，其厚度约30～20¨m左右，它 是用直径小于1¨m，长度在0．2mm以上的无碱性超 细玻璃棉，经打浆、抄纸、烘干、切截等工序制成的。 另外一种是无碱性玻璃纤维布(下面简称玻璃丝 布)，它是由微细的玻璃纤维纺织而成的，其厚度为 30mn。国外生产的玻璃纤维增强的箔式应变片基 底，所用材料是玻璃纤维纸。增强基底的放大图如图 2所示。在图中尽管可以看到不均匀的玻璃纤维，但是 万方数据 万方数据 图7涂胶法(或甩胶法)制成的复盖层 所谓贴膜法，就是在箔式应变片经调阻工序后， 把预先处理好的固化或半固化的胶膜直接粘贴在箔 栅部位，然后经加压固化，使基底一箔栅一复盖层形 成一体，使箔栅真正埋在胶层中(如图8所示)。这 样的箔栅不仅粘贴牢固，而且也不易受外部环境条 件或机械外力的损伤，大大提高了应变片的稳定性。 图8用贴膜法制密封层 4玻璃纤维基底全密封式箔式应变片 从上述介绍，可以看出，人们在解决提高箔式应 变片稳定性方面，做了很多工作，也取得一定程度的 进展，但要真正解决箔式应变片的稳定性必须采用 以玻璃纤维增强基底的争密封式结构形式是最佳选 择。这是因为，采用玻璃纤维增强基底，由于玻璃纤 维基底与箔栅之间粘结是用加压固化的形式，从而 使其达到最高粘合程度，解决r栅丝“浮”在基底表 面上的现象，并且减小了胶膜的线彩胀系数，使基底 的线膨胀系数与箔栅之问具有良好的匹配，从而也 降低和减小了基底层中的残余应力。采用贴膜法制 作密封层的方法，由于复盖层固化也是采用加压、加 热来实现的，从而使栅丝牢固地“埋”在胶层中，形成 图9玻璃丝布增强基底全密封箔式应变片结构 5结语 上面较为详细地介绍，由玻璃纤维增强基底密 封结构箔式应变片的一些特点，它对解决箔式应变 片的稳定性具有重要的意义。无论应用玻璃纤维纸 还是玻璃纤维布，都可以达到增强基底，降低和减小 基底层内的残余应力。采用贴膜法制作全密封箔式 应变片，由于采用加压、加热固化工艺，使箔栅牢固 地埋入基层层中。使用这种形式和增强基底制造工 艺相结合，就能制出性能优良的称熏传感器用箔式 应变片。我们也期待与从事称蘑传感器和箔式应变 片研究、应用的单位和技术人员，加强交流和合作， 以便制造出性能稳定的各种优质应变片。 参考文献： 【l】尹福炎，王成林．应变胶粘剂对应变计和传感器性能 的影响[JJ．衡器，2004．3． 翻尹福是，刘玉钱，等．中温箔式自补偿应变计的试制 田．仪表材料，1982． 作者简介：尹樯炎，1939年生，1959年参加工作，一直从事高温、 低温和传感器用应变片的生产和应用技术研克。1999年10月退休 后，继续从事应变计厦其相关技术的资料收桑、整理，并进行有关高 温、低温及传感嚣用应变片的制作技术和应用技术等方面的咨询工 作。从1974年以来。在国向各升学术刊物扣学术会议上发表各种资 料80多篇。 (作者通讯地址：北京市丰台区高地万源东里87栋1单元3号 邮政编码：100076 收稿日期：2006一12—22) t。#；§。o#。≮{5，．{l|，女j二、。_★o}t$4：。《i：t毒≤l{I}11÷；{_#o。。^e_，≥。≤j^‰。≥l；h{I§葺吣卷霭Y警《j心枣鞴^誊l心蚤，铸崎t蝴。#☆##。女 万方数据 玻璃纤维增强基底全密封结构——制作高稳定性能箔式应变 片的最佳选择 作者： 尹福炎， YIN Fu-yan 作者单位： 中国运载火箭技术研究院第七○二研究所 刊名： 衡器 英文刊名： WEIGHING INSTRUMENT 年，卷(期)： 2007，36(5) 引用次数： 0次 参考文献(2条) 1.尹福炎.王成林 应变胶粘剂对应变计和传感器性能的影响[期刊论文]-衡器 2004(2) 2.尹福炎.刘玉钱 中温箔式自补偿应变计的试制 1982 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hq200705004.aspx 下载时间：2010年2月7日