一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉一种测试传感元件及其制作方法，尤其是一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]目前用于应变测试的手段主要是采用普通电阻应变片，它是由Φ = 0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)夹在两层绝缘薄片中(基底)制成，这种应变片的灵敏度约为2，应变测试有效范围约为0.5%，用于岩石、混凝土、钢结构等弹性模量较大的材料应变变化较小(小于0.5% )测试时是相对有效的。而对于其他模量较小的材料，如各种塑料、橡胶等，这些材料的应变一般较大，且电阻应变片的模量相对大于这些材料，测试时很难保证达到同步变形，所以无法完成应变测试。
[0003]近年来出现的新型大塑性应变测量应变计采用完全退火的康铜敏感栅材料和聚酰亚胺基底材料制造而成，具有良好的高延展性、高伸长率，应变测试有效范围在10%左右，有效地解决了较大应变测试问题。但由于聚酰亚胺基地这种材料的限制，这种应变计比较适合于更大模量材料的应变测试，这样就限制了其使用范围，无法有效地对模量更小的塑料、橡胶及土体等材料的应变测试。
[0004]鉴于此，研制一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法，为工程及室内实验中各种材料的应变测试提供新的敏感测试元件。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是要提供一种灵敏度高、应变量程大的弹性模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法。
[0006]技术方案:本发明的目的是这样实现的:该应变测试传感元件有下层的薄板、中间层的敏感薄膜与电极及上层的绝缘保护膜；下层、中间层和上层顺序连接。
[0007]传感元件的制作方法，首先根据被测试对象的弹性模量大小，选择模量相对更小一些的薄板、敏感薄膜基体及绝缘保护膜材料，然后将导电炭黑或碳纳米管与敏感薄膜基体进行混合配制导电高分子复合材料，并将其印刷在选择好的薄板上，再次将导电银浆印刷在敏感薄膜两端，最后待敏感薄膜与电级均固化后，将选择好的绝缘保护膜材料印刷于最上层；绝缘保护膜固化后，传感元件制作完毕。
[0008]所述的薄板可以是一种塑料或橡胶材料，厚度0.1?0.3mm ;敏感薄膜基体可以是一种树脂或橡胶材料，与导电炭黑或碳纳米管充分混合成为导电高分子复合材料；导电银浆直接选用市场上销售的可印刷的导电银浆便可；绝缘保护膜选择一种树脂或橡胶材料。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，下层的薄板采用塑料板或橡胶板，然后将炭黑或碳纳米管充填树脂或橡胶基的导电高分子复合材料印刷于薄板上，待固化后形成敏感薄膜，再将导电银浆印刷于薄板上，印刷位置位于敏感薄膜两端，有一定的重叠，保证导电连接。最后待导电银浆固化后，将树脂或橡胶材料印刷于最上层，覆盖中间层的敏感薄膜与电极，起到绝缘保护的作用。待树脂或橡胶固化后，形成上层的绝缘保护膜。下层的薄板根据被测对象的弹性模量大小来选择何种塑料板或橡胶板，做到选用的薄板的弹性模量要小于被测对象，这样有利于被测对象产生应变时能够带动薄板一起发生应变，达到同步应变。中间层的敏感薄膜的弹性模量要小于或等于已选薄板的弹性模量，这样才能保证敏感薄膜与薄板同步产生应变；敏感薄膜两端的电极是为了测试敏感薄膜的电阻，敏感薄膜是一种电阻敏感性导电高分子材料，当敏感薄膜发生应变后，其电阻值将发生变化，对应变大小进行测试。上层的绝缘保护膜，选用与下层的薄板弹性模量相近或相同的树脂，印刷时完全覆盖中间层的敏感薄膜与电极，是绝缘与防水保护等作用，避免敏感薄膜裸露于环境中，其电阻值受到干扰，影响测试精度。制作的模量匹配的应变测试传感元件，可实现各种材料的应变测试。
[0010]优点有:
[0011]1、结构简单，制作简单，采用印刷工艺，可批量生产，成本低。
[0012]2、根据被测试对象的弹性模量选择下层薄板，可保证测试时的同步变形，保证了测试精度。
[0013]3、导电高分子复合材料制作而成的敏感薄膜，使得传感元件具有高灵敏度、应变量程大等特点。
【附图说明】
:
[0014]图1为本发明的模量匹配的应变测试传感元件的平面结构示意图。
[0015]图中，1、薄板；2、敏感薄膜；3、电极；4、绝缘保护膜。
【具体实施方式】
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[0016]下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述:
[0017]该应变测试传感元件有下层的薄板、中间层的敏感薄膜与电极及上层的绝缘保护膜；下层、中间层和上层顺序连接。
[0018]传感元件的制作方法，首先根据被测试对象的弹性模量大小，选择模量相对更小一些的薄板、敏感薄膜基体及绝缘保护膜材料，然后将导电炭黑或碳纳米管与敏感薄膜基体进行混合配制导电高分子复合材料，并将其印刷在选择好的薄板上，再次将导电银浆印刷在敏感薄膜两端，最后待敏感薄膜与电级均固化后，将选择好的绝缘保护膜材料印刷于最上层；绝缘保护膜固化后，传感元件制作完毕。
[0019]所述的薄板可以是一种塑料或橡胶材料，厚度0.1?0.3mm ;敏感薄膜基体可以是一种树脂或橡胶材料，与导电炭黑或碳纳米管充分混合成为导电高分子复合材料；导电银浆直接选用市场上销售的可印刷的导电银浆便可；绝缘保护膜选择一种树脂或橡胶材料。
[0020]薄板(I)可以采用各种树脂塑料薄板或橡胶薄板。
[0021]敏感薄膜⑵采用导电高分子复合材料印刷而成。
[0022]导电高分子复合材料为导电炭黑或碳纳米管填充的橡胶或树脂基复合材料。
[0023]实施例1:如图1所示，本发明的一种模量匹配的应变测试传感元件为长条形，它包括下层的薄板1、中间层的敏感薄膜2与电极3及上层的绝缘保护膜4。所要进行应变测试的对象为混凝土结构，选择弹性模量小一些的环氧树脂薄板作为下层的薄板1，薄板I的厚度选用0.3mm，长度为50mm，宽度为10mm。中间层的敏感薄膜2，选用环氧树脂作为基体，导电炭黑作为充填材料，配制成导电高分子复合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前对薄板I上表面用溶剂擦洗干净，保证印刷效果。中间层的电极3使用市场上购买的可印刷的导电银浆印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2两端，且敏感薄膜2与电极3之间有重叠。上层的绝缘保护膜4采用环氧树脂印刷而成。印刷时，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷电极3，待电极3固化后再进行绝缘保护膜4的印刷。
[0024]实施例2:如图1所示，本发明的一种模量匹配的应变测试传感元件为长条形，它包括下层的薄板1、中间层的敏感薄膜2与电极3及上层的绝缘保护膜4。所要进行应变测试的对象为高压聚乙烯塑料PE结构，选择弹性模量小一些的低压聚乙烯PE薄板作为下层的薄板I，薄板I的厚度选用0.3mm，长度为50mm，宽度为10mm。中间层的敏感薄膜2，选用苯氧树脂作为基体，导电碳纳米管作为充填材料，配制成导电高分子复合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前对薄板I上表面用溶剂擦洗干净，保证印刷效果。中间层的电极3使用市场上购买的可印刷的导电银浆印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2两端，且敏感薄膜2与电极3之间有重叠。上层的绝缘保护膜4采用苯氧树脂印刷而成。印刷时，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷电极3，待电极3固化后再进行绝缘保护膜4的印刷。
[0025]实施例3:如图1所示，本发明的一种模量匹配的应变测试传感元件为长条形，它包括下层的薄板1、中间层的敏感薄膜2与电极3及上层的绝缘保护膜4。所要进行应变测试的对象为土体结构，选择弹性模量小一些的硅橡胶薄板作为下层的薄板1，薄板I的厚度选用0.1mm，长度为50mm，宽度为10mm。中间层的敏感薄膜2，选用娃橡胶作为基体，导电炭黑作为充填材料，配制成导电高分子复合材料，然后印刷于薄板I上；印刷前对薄板I上表面用溶剂擦洗干净，保证印刷效果。中间层的电极3使用市场上购买的可印刷的导电银浆印刷到薄板I上，位置位于敏感薄膜2两端，且敏感薄膜2与电极3之间有重叠。上层的绝缘保护膜4采用硅橡胶印刷而成。印刷时，先印刷敏感薄膜2，待固化后再印刷电极3，待电极3固化后再进行绝缘保护膜4的印刷。
【主权项】
1.一种模量匹配的应变测试传感元件，其特征是:该应变测试传感元件有下层的薄板、中间层的敏感薄膜与电极及上层的绝缘保护膜；；下层、中间层和上层顺序连接。2.—种如权利要求1所述模量匹配的应变测试传感元件的制作方法，其特征是:传感元件的制作方法，首先根据被测试对象的弹性模量大小，选择模量相对更小一些的薄板、敏感薄膜基体及绝缘保护膜材料，然后将导电炭黑或碳纳米管与敏感薄膜基体进行混合配制导电高分子复合材料，并将其印刷在选择好的薄板上，再次将导电银浆印刷在敏感薄膜两端，最后待敏感薄膜与电级均固化后，将选择好的绝缘保护膜材料印刷于最上层；绝缘保护膜固化后，传感元件制作完毕。3.根据权利要求2所述的模量匹配的应变测试传感元件的制作方法，其特征是:一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法所述的薄板可以是一种塑料或橡胶材料，厚度.0.1?0.3mm ;敏感薄膜基体可以是一种树脂或橡胶材料，与导电炭黑或碳纳米管充分混合成为导电高分子复合材料；导电银浆直接选用市场上销售的可印刷的导电银浆便可；绝缘保护膜选择一种树脂或橡胶材料。
【专利摘要】一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法，属于测试传感元件及其制作方法。有下层的薄板、中间层的敏感薄膜与电极及上层的绝缘保护膜组成；下层的薄板为塑料或橡胶薄板，根据应变测试对象的模量选择确定；中间层的敏感薄膜与电极，电极位于敏感薄膜两端，敏感薄膜采用导电高分子复合材料印制而成，电极使用导电银浆印制而成；上层的绝缘保护膜采用树脂或橡胶印刷而成。根据测试对象的模量大小选择下层的薄板、中间层的敏感薄膜与电极及上层的绝缘保护膜，做到模量匹配，制成应变测试传感元件，这种传感元件可以更好地与被测对象达到同步应变，测试到的应变量将更准确，测试量程也很好地满足，测试精度提高；批量生产情况下，成本低，效果好。
【IPC分类】G01B7/16
【公开号】CN104913718
【申请号】CN201510394523
【发明人】周国庆, 廖波, 季雨坤, 常传源, 况联飞, 周檀君, 赵光思, 梁恒昌, 商翔宇
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月7日