如何制作低温环境下使用电阻应变式传感器 - 铸造技术

如何制作低温环境下使用电阻应变式传感器-铸造技术

应用电阻应变片为敏感元件制成各种电阻应变式传感器（如测力、称重、位移、加速度及扭矩传感器），其具有精度高、稳定性好、制作简单、价格便宜，以及电信号易与后续测控仪器相匹配等特点，工业各部门中广泛获应用，力学量传感器中，电阻应变式传感器至今仍占有主导位。，一般电阻应变式传感器都是适用于室温（常温）环境，使用温度范围为-20~+60°C或-40~+80°C，对此温度范围以上或以下温度范围传感器，国内外研究和公开资料很多，而低温电阻应变式传感器资料则更少。 

按有关电阻应变片标准规定，所谓低温环境是指-30~-160°C，而极低温（或深低温）是指-162°C（液化天然气LNG）至液氦（Lhe）所能达到温度，本文所涉及低温就是上述极低温或深低温范围。有以下四个方面，此范围内新兴产品部门包括： 

(1)超导应用技术：发电、输电系统，磁悬浮列车等； 
(2)液氢（LH2，-253°C）相关技术：氢能系统、液氢发动机等； 
(3)原子能：托克马克装置； 
(4)液化天然气应用技术：新能源系统、冷冻部门应用等。 

低温技术实用化，必然会引起人们对环境条件下结构安全、可靠性以及经济性等问题注意。必要测量结构及部件低温下应力外，还需要各种适用于低温环境条件下电阻应变式传感器（如低温引伸计和低温应力传感器等），测定各种结构部件材料低温下力学性能，以及监测应用过程中各种压力变化等，为产品结构质量和设备运行安全提供可靠保证。 

低温环境特殊性，一般市售电阻应变式传感器都不适用于低温环境，加之低温传感器用量又特别少，工作中必须实际需要环境和条件，自行进行研制设计各种电阻应变式传感器。本文主要介绍研制设计各种低温电阻应变式传感器时应注意几个问题，以供参考。 

二、制作低温电阻应变式传感器应注意若干问题 

低温电阻应变式传感器基本结构形式与同类常温用电阻应变式传感器基本相同，选材、应用工艺等方面应低温应用环境特殊性来加以选择，通常应注意以下几个方面。 

1、传感器弹性体设计和材料选择 

低温电阻应变式传感器弹性体设计准则基本与各类高温用电阻应变式传感器相同。传感器精度要求，使用寿命及输出灵敏度等，弹性体应变量一般控制800~1500mm/m范围内。各种典型弹性体结构计算式列于表1。 

弹性体材料，要求其低温范围内，具有良好弹性，高抗拉强度，高疲劳寿命以及低温下不发生脆性断裂等。，一般来说常温用弹性体材料大都可以选用。但目前，压力传感器常选用不锈钢、铝合金、铍青铜及殷钢等，而引伸计等传感器可选用铍青铜、钛合金等材料。 

2、低温电阻应变片 

低温应变片是低温电阻应变式传感器关键敏感元件，其性能影响着传感器各项性能指标。低温应变片通常是由基底、敏感栅、胶粘剂及覆盖层等部分组成。各组成元件材料性能又直接影响着低温应变片基本性能。