一种高温箔式应变计及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高温箔式应变计及其制造方法，包括敏感栅（2）、引线（4）、临时框架（5）三部分。通过胶粘剂或热熔将临时基底（1）与金属合金箔热合层压，利用光刻、化学蚀刻或激光蚀刻而成。通过机械、化学、激光等方式调整敏感栅（2）电阻值达到目标阻值。通过化学方式将临时基底（1）溶化或去除翻转到临时框架（3）上，使应变计敏感栅部分裸露。最后采用热熔焊、电阻焊、超声焊等方式将焊盘与引线（4）熔融紧密相连，形成高温箔式应变计。本发明高温箔式应变计具有多种电阻值，电阻分散性不大于±1%，具有单轴、双轴和多轴敏感栅结构，满足400~1100℃范围类应力应变稳定可靠测量。
【专利说明】一种高温箔式应变计及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应变计及其制造方法，特别涉及一种高温箔式应变计及其制造方法。
【背景技术】
[0002]通常情况下，应变计作为应力应变的测量敏感元件，被广泛应用于能源、交通、土木工程、电子、化工、航空航天、军事等各个领域。随着航空航天、能源、核工业、军事等技术飞速发展，对飞行器、发动机、发电机组、反应装置、冶炼装置的安全健康监测提出了更高要求，也希望能够真实反映运行状态、结构状态、安全状态、设计状态、失效模式等，应用于这些领域的应变计具有的特点是能够在严酷的高温环境下(400°C以上)正常工作。
[0003]传统箔式应变计的制造方法为:
[0004]1、在康铜或卡玛合金箔表面直接涂敷一层应变胶，通过加温固化成型应变计基
底 。
[0005]2、清洗合金箔表面，在其表面涂敷一层光刻胶，使用掩膜版通过紫外灯感光成型应变计敏感栅图形，然后通过化学溶解方式将光刻胶感光部分溶解去除，显露出掩膜版图形形状的金属合金箔。
[0006]3、通过化学蚀刻方法将图形中显露出的金属合金箔蚀刻去除，成形应变计敏感栅，此时应变计的阻值为初始值。
[0007]4、使用香蕉水将合金箔保护区域的光刻胶去除，显露出全部敏感栅。
[0008]5、使用机械打磨方式，减小应变计敏感栅横截面积增大阻值，使其达到应变计标称值(目标值)。
[0009]6、为了保护应变计敏感栅，在敏感栅表面涂敷一层与应变计基底相同材质的应变胶，通过加温固化形成应变计盖层。
[0010]7、使用电烙铁熔化焊锡将应变计测试引线与应变计焊盘连接一起。
[0011]然而，上述箔式应变计能够承受的最高温度为250°C，远远不能适应严酷的高温环境下(400°C以上)。
【发明内容】
[0012]本发明提供一种可以适应400°C以上高温环境的高温箔式应变计及其制造方法。
[0013]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0014]一种高温箔式应变计的制造方法，包括以下步骤:(I)敏感栅制造:将金属合金箔与临时基底热合层压在一起，然后通过平面化学蚀刻、激光蚀刻工艺形成敏感栅部分；(2)调阻:通过机械、化学、激光方式调整敏感栅电阻值达到目标阻值；(3)反转临时框架:通过化学方式将临时基底溶化或去除翻转到临时框架上，使应变计敏感栅部分裸露；(4)焊接成型:将敏感栅的焊盘与引线熔融紧密相连，最后经过分选、测试，将敏感栅、临时框架、弓丨线固定在包装载体上形成高温箔式应变计。[0015]所述步骤(I)中，采用胶粘剂或热熔将金属合金箔与临时基底热合层压在一起。
[0016]所述胶粘剂的材料为聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂或光敏树脂。
[0017]所述步骤(4)中，采用热熔焊、电阻焊、超声焊方式将焊盘与引线熔融紧密相连。
[0018]一种根据上述方法制造的高温箔式应变计，所述高温箔式应变计可以满足400?1100°C范围内的应力应变稳定测试。
[0019]所述金属合金箔为厚度I?30 ii m的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、钼钨合金或钼铱合金。
[0020]所述铁铬铝合金的成分为:Cr22%、A15.5?5.8%，剩余为Fe。
[0021]所述临时基底的厚度为0.03?0.3mm，材料为聚酰亚胺、环氧或聚酯。
[0022]所述临时框架材料为聚酰亚胺胶带或玻璃丝布增强特氟龙胶带。
[0023]与现有技术相比，本发明高温箔式应变计及其制造方法至少具有以下有益效果:
[0024]1、选用敏感栅材料为耐高温的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、钼钨合金或钼铱合金。其中，镍铬合金、卡玛合金制作应变计敏感栅耐温可至400°C。铁铬铝合金、钼钨合金或钼铱合金表面生成的氧化膜结构致密，与基体粘附性好，具有良好的抗氧化性，相对较好的抗渗碳性能，对含硫气氛具有很好的抗侵蚀性，耐温可至1000°C以上。
[0025]2、上述材料制作的高温箔式应变计敏感栅为裸栅，不带有机基底，使用时直接将敏感栅粘贴在耐高温的无机陶瓷胶表面。
[0026]3、上述耐高温无机陶瓷胶为磷酸盐类，耐温可至1000°C以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明图形成型实施例的结构示意图。
[0028]图2是本发明广品基本构造不意图。
[0029]图3是安装示意图。
[0030]图中:1.临时基底，2.敏感栅，3.临时框架，4.引线，5.无机高温胶，6.被测试件。【具体实施方式】
[0031]请参阅图1及图2所示，本发明提供的箔式高温应变计，主要由根据高温测试特性设计的箔式敏感栅2、焊盘、引线4、临时框架3组成。箔式敏感栅包括敏感栅主体、边栅、焊盘，采用平面化学蚀刻、激光蚀刻等工艺形成。敏感栅图形可以根据功能需要设计成不同的结构，至少包含有敏感栅和端头。焊盘与引线通过热熔焊、电阻焊、超声焊等方式将两者熔融紧密相连，以保证信号传递的可靠稳定。通过选择金属合金箔材料和图形设计控制蚀刻的电阻值，结合导线电阻、阻值调整实现电阻值120Q、350Q，甚至1000Q的选择，电阻分散控制在±1%。也可以实现单轴、双轴，甚至三轴图形结构的箔式高温应变计成型。同时，根据需要设计端头形状和尺寸，最大限度降低横向效应。
[0032]本发明还提供箔式高温应变计的制造方法，包含以下主要工序，应变计敏感栅制造、调阻、反转临时框架、焊接成型。(I)敏感栅制造:敏感栅制造采用特殊胶粘剂(特殊胶粘剂的材料为聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂或光敏树脂)或热熔将金属合金箔与临时基底热合层压在一起，然后通过平面化学蚀刻、激光蚀刻等工艺形成敏感栅部分，敏感栅部分至少包含有敏感栅主体、边栅、端头、焊盘。(2)调阻:通过机械、化学、激光等方式调整其电阻值达到目标阻值。(3)反转临时框架:通过化学方式将临时基底溶化或去除翻转到临时框架上，使应变计敏感栅部分裸露。(4)焊接成型:采用热熔焊、电阻焊、超声焊等方式将焊盘与引线熔融紧密相连。最后经过分选、测试，将敏感栅、临时框架、引线固定在包装载体上形成高温箔式应变计。
[0033]所述的金属合金箔为厚度I?30 ii m的具有较高耐温特性、准确传递应力应变测量的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、钼钨合金、钼铱合金等。这些合金可以满足400?1100°C范围内的应力应变稳定测试。
[0034]所述临时基底材料有聚酰亚胺、环氧、聚酯等。所述引线材料为镍铬合金、铁铬铝合金。所述临时框架材料有聚酰亚胺胶带、玻璃丝布增强特氟龙(英文Teflon，也称聚四氟乙烯)胶带。
[0035]本发明还提供一种用于粘贴高温箔式应变计的无机高温基底胶，其目的是将应变计紧密牢固地安装在被测件表面，准确测量应力应变。所述无机高温基底胶的成分百分比:Al (H2PO4) 3 为 20 ?30% ；Cr03 为 5 ?10% ;硅烷处理 SiO2 为 20 ?40% ；A1203 为 5 ?10% ；TiO2为10?20% ;去离子水为5?10%。
[0036]下面结合附图对本发明做出进一步的说明。
[0037]图1是本发明图形成型实施例的结构示意图。图1中临时基底I为聚酯薄膜，通过成膜处理，厚度0.03?0.3mm，利用聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂或光敏树脂等胶粘剂或热熔，将聚酯薄膜与合金金属箔热合层压到一起。临时基底I也可以是聚酰亚胺、环氧等材料。然后采用平面化学蚀亥IJ、激光蚀刻等工艺形成敏感栅2图形，敏感栅2图形可以根据功能需要设计成不同的结构，至少包含有敏感栅和端头。本实施例结构为BB结构(也称“T”型结构)。本实施例中敏感栅2材料所用金属合金箔为厚度I?30 ii m的具有较高耐温特性、准确传递应力应变测量的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、钼钨合金、钼铱合金等。
[0038]图2是本发明产品基本构造示意图。主要由敏感栅2、临时框架3、引线4组成。采用特殊胶粘剂或热熔将金属合金箔与临时基底热合层压在一起，通过平面化学蚀刻、激光蚀刻等工艺形成敏感栅2部分，敏感栅2部分至少包含有敏感栅2主体、边栅、端头、焊盘。本实施例中敏感栅2材料采用稳定理化性能和优异电性能的铁铬铝合金箔(成分Cr22%、A15.5?5.8%，剩余为Fe)，也可以采用镍铬合金、卡玛合金、钼钨合金、钼铱合金等，厚度范围0.005?0.03_。然后通过机械、化学、激光等方式调整其电阻值达到目标阻值，通过化学方式将临时基底I溶化或去除翻转到临时框架3上，使应变计敏感栅部分裸露，临时框架为玻璃丝布增强特氟龙(英文Teflon,也称聚四氟乙烯)胶带,厚度为0.05?0.3mm,也可采用聚酰亚胺胶带，表面胶粘剂为硅酮类。采用热熔焊、电阻焊、超声焊等方式将焊盘与引线4熔融紧密相连，形成高温箔式应变计。本实施例形成的高温应变计电阻值为350Q，敏感栅长度为2mm,电阻分散度< ±1%。
[0039]图3是安装示意图。采用无机高温胶5将高温箔式应变计粘贴在被测试件6上，然后测量试件应力应变。无机高温胶5的成分百分比为:A1 (H2PO4)3为20?30% ；Cr03为5?10% ;硅烷处理SiO2为20?40% ；A1203为5?10% ；Ti02为10?20% ;去离子水为5?10%。
【权利要求】
1.一种高温箔式应变计的制造方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)敏感栅制造:将金属合金箔与临时基底热合层压在一起，然后通过平面化学蚀刻、激光蚀刻等工艺形成敏感栅部分； (2)调阻:通过机械、化学、激光方式调整敏感栅电阻值达到目标阻值； (3)反转临时框架:通过化学方式将临时基底溶化或去除翻转到临时框架上，使应变计敏感栅部分裸露； (4)焊接成型:将敏感栅的焊盘与引线熔融紧密相连，最后经过分选、测试，将敏感栅、临时框架、引线固定在包装载体上形成高温箔式应变计。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步骤(I)中，采用胶粘剂或热熔将金属合金箔与临时基底热合层压在一起。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述胶粘剂的材料为聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂或光敏树脂。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步骤(4)中，采用热熔焊、电阻焊、超声焊方式将焊盘与引线熔融紧密相连。
5.一种根据权利要求1所述的制造方法制造的高温箔式应变计，其特征在于:所述高温箔式应变计可以满足400?1100°C范围内的应力应变稳定测试。
6.根据权利要求5所述的高温箔式应变计，其特征在于:所述金属合金箔为厚度I?30 um的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、钼钨合金或钼铱合金。
7.根据权利要求6所述的高温箔式应变计，其特征在于:所述铁铬铝合金的成分为:Cr22%、A15.5 ?5.8%，剩余为 Fe。
8.根据权利要求5所述的高温箔式应变计，其特征在于:所述临时基底的厚度为0.03?0.3mm，材料为聚酰亚胺、环氧或聚酯。
9.根据权利要求5所述的高温箔式应变计，其特征在于:所述临时框架材料为聚酰亚胺胶带或玻璃丝布增强特氟龙胶带。
【文档编号】G01B7/16GK103615967SQ201310638817
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】晏志鹏, 赵家辉, 刘鹏, 张志刚, 张勋, 刘旭, 熊英, 任博哲, 雒平华 申请人:中航电测仪器股份有限公司