如何制作低溫環(huán)境下使用電阻應(yīng)變式傳感器 - 鑄造技術(shù)

應(yīng)用電阻應(yīng)變片為敏感元件制成各種電阻應(yīng)變式傳感器（如測(cè)力、稱重、位移、加速度及扭矩傳感器），其具有精度高、穩(wěn)定性好、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，以及電信號(hào)易與后續(xù)測(cè)控儀器相匹配等特點(diǎn)，工業(yè)各部門中廣泛獲應(yīng)用，力學(xué)量傳感器中，電阻應(yīng)變式傳感器至今仍占有主導(dǎo)位。，一般電阻應(yīng)變式傳感器都是適用于室溫（常溫）環(huán)境，使用溫度范圍為 -20~+60 ° C 或 -40~+80 ° C ，對(duì)此溫度范圍以上或以下溫度范圍傳感器，國內(nèi)外研究和公開資料很多，而低溫電阻應(yīng)變式傳感器資料則更少。 

按有關(guān)電阻應(yīng)變片標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所謂低溫環(huán)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(dá)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(gè)方面，此范圍內(nèi)新興產(chǎn)品部門包括： 

(1) 超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)：發(fā)電、輸電系統(tǒng)，磁懸浮列車等； 
(2) 液氫（ LH 2 ， -253 ° C ）相關(guān)技術(shù)：氫能系統(tǒng)、液氫發(fā)動(dòng)機(jī)等； 
(3) 原子能：托克馬克裝置； 
(4) 液化天然氣應(yīng)用技術(shù)：新能源系統(tǒng)、冷凍部門應(yīng)用等。 

低溫技術(shù)實(shí)用化，必然會(huì)引起人們對(duì)環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)安全、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等問題注意。必要測(cè)量結(jié)構(gòu)及部件低溫下應(yīng)力外，還需要各種適用于低溫環(huán)境條件下電阻應(yīng)變式傳感器（如低溫引伸計(jì)和低溫應(yīng)力傳感器等），測(cè)定各種結(jié)構(gòu)部件材料低溫下力學(xué)性能，以及監(jiān)測(cè)應(yīng)用過程中各種壓力變化等，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行安全提供可靠保證。 

低溫環(huán)境特殊性，一般市售電阻應(yīng)變式傳感器都不適用于低溫環(huán)境，加之低溫傳感器用量又特別少，工作中必須實(shí)際需要環(huán)境和條件，自行進(jìn)行研制設(shè)計(jì)各種電阻應(yīng)變式傳感器。本文主要介紹研制設(shè)計(jì)各種低溫電阻應(yīng)變式傳感器時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題，以供參考。 

二、制作低溫電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)注意若干問題 

低溫電阻應(yīng)變式傳感器基本結(jié)構(gòu)形式與同類常溫用電阻應(yīng)變式傳感器基本相同，選材、應(yīng)用工藝等方面應(yīng)低溫應(yīng)用環(huán)境特殊性來加以選擇，通常應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。 

1 、傳感器彈性體設(shè)計(jì)和材料選擇 

低溫電阻應(yīng)變式傳感器彈性體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基本與各類高溫用電阻應(yīng)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(yīng)變量一般控制 800~1500 m m/m 范圍內(nèi)。各種典型彈性體結(jié)構(gòu)計(jì)算式列于表 1 。 

彈性體材料，要求其低溫范圍內(nèi)，具有良好彈性，高抗拉強(qiáng)度，高疲勞壽命以及低溫下不發(fā)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(jì)等傳感器可選用鈹青銅、鈦合金等材料。 

2 、低溫電阻應(yīng)變片 

低溫應(yīng)變片是低溫電阻應(yīng)變式傳感器關(guān)鍵敏感元件，其性能影響著傳感器各項(xiàng)性能指標(biāo)。低溫應(yīng)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(yīng)變片基本性能。