如何制作低溫環境下使用電阻應變式傳感器 - 鑄造技術

應用電阻應變片為敏感元件制成各種電阻應變式傳感器（如測力、稱重、位移、加速度及扭矩傳感器），其具有精度高、穩定性好、制作簡單、價格便宜，以及電信號易與后續測控儀器相匹配等特點，工業各部門中廣泛獲應用，力學量傳感器中，電阻應變式傳感器至今仍占有主導位。，一般電阻應變式傳感器都是適用于室溫（常溫）環境，使用溫度范圍為 -20~+60 ° C 或 -40~+80 ° C ，對此溫度范圍以上或以下溫度范圍傳感器，國內外研究和公開資料很多，而低溫電阻應變式傳感器資料則更少。 

按有關電阻應變片標準規定，所謂低溫環境是指 -30~-160 ° C ，而極低溫（或深低溫）是指 -162 ° C （液化天然氣 LNG ）至液氦（ Lhe ）所能達到溫度，本文所涉及低溫就是上述極低溫或深低溫范圍。有以下四個方面，此范圍內新興產品部門包括： 

(1) 超導應用技術：發電、輸電系統，磁懸浮列車等； 
(2) 液氫（ LH 2 ， -253 ° C ）相關技術：氫能系統、液氫發動機等； 
(3) 原子能：托克馬克裝置； 
(4) 液化天然氣應用技術：新能源系統、冷凍部門應用等。 

低溫技術實用化，必然會引起人們對環境條件下結構安全、可靠性以及經濟性等問題注意。必要測量結構及部件低溫下應力外，還需要各種適用于低溫環境條件下電阻應變式傳感器（如低溫引伸計和低溫應力傳感器等），測定各種結構部件材料低溫下力學性能，以及監測應用過程中各種壓力變化等，為產品結構質量和設備運行安全提供可靠保證。 

低溫環境特殊性，一般市售電阻應變式傳感器都不適用于低溫環境，加之低溫傳感器用量又特別少，工作中必須實際需要環境和條件，自行進行研制設計各種電阻應變式傳感器。本文主要介紹研制設計各種低溫電阻應變式傳感器時應注意幾個問題，以供參考。 

二、制作低溫電阻應變式傳感器應注意若干問題 

低溫電阻應變式傳感器基本結構形式與同類常溫用電阻應變式傳感器基本相同，選材、應用工藝等方面應低溫應用環境特殊性來加以選擇，通常應注意以下幾個方面。 

1 、傳感器彈性體設計和材料選擇 

低溫電阻應變式傳感器彈性體設計準則基本與各類高溫用電阻應變式傳感器相同。傳感器精度要求，使用壽命及輸出靈敏度等，彈性體應變量一般控制 800~1500 m m/m 范圍內。各種典型彈性體結構計算式列于表 1 。 

彈性體材料，要求其低溫范圍內，具有良好彈性，高抗拉強度，高疲勞壽命以及低溫下不發生脆性斷裂等。，一般來說常溫用彈性體材料大都可以選用。但目前，壓力傳感器常選用不銹鋼、鋁合金、鈹青銅及殷鋼等，而引伸計等傳感器可選用鈹青銅、鈦合金等材料。 

2 、低溫電阻應變片 

低溫應變片是低溫電阻應變式傳感器關鍵敏感元件，其性能影響著傳感器各項性能指標。低溫應變片通常是由基底、敏感柵、膠粘劑及覆蓋層等部分組成。各組成元件材料性能又直接影響著低溫應變片基本性能。