CN103615967A

CN103615967A - 一种高温箔式应变计及其制造方法

Info

Publication number: CN103615967A
Application number: CN201310638817.7A
Authority: CN
Inventors: 晏志鹏; 赵家辉; 刘鹏; 张志刚; 张勋; 刘旭; 熊英; 任博哲; 雒平华
Original assignee: Zhonghang Electronic Measuring Instruments Co Ltd
Current assignee: Zhonghang Electronic Measuring Instruments Co Ltd
Priority date: 2013-11-30
Filing date: 2013-11-30
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-30
Also published as: CN103615967B

Abstract

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。

Description

一种高温箔式应变计及其制造方法

技术领域

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

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℃以上）正常工作。

传统箔式应变计的制造方法为：

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

然而，上述箔式应变计能够承受的最高温度为250℃，远远不能适应严酷的高温环境下（400℃以上）。

发明内容

本发明提供一种可以适应400℃以上高温环境的高温箔式应变计及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温箔式应变计的制造方法，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。

所述步骤（1）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。

所述胶粘剂的材料为聚酯、丙烯酸酯、环氧树脂或光敏树脂。

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。

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℃范围内的应力应变稳定测试。

所述金属合金箔为厚度1～30μm的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、铂钨合金或铂铱合金。

所述铁铬铝合金的成分为：Cr22%、Al5.5～5.8%，剩余为Fe。

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。

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。

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：

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、铂钨合金或铂铱合金。其中，镍铬合金、卡玛合金制作应变计敏感栅耐温可至400℃。铁铬铝合金、铂钨合金或铂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℃以上。

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。

3、上述耐高温无机陶瓷胶为磷酸盐类，耐温可至1000℃以上。

附图说明

图1是本发明图形成型实施例的结构示意图。

图2是本发明产品基本构造示意图。

图3是安装示意图。

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

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120Ω、350Ω，甚至1000Ω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。

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。（1）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。

所述的金属合金箔为厚度1～30μm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、铂钨合金、铂铱合金等。这些合金可以满足400～1100℃范围内的应力应变稳定测试。

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。

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%；CrO₃为5～10%；硅烷处理SiO₂为20～40%；Al₂O₃为5～10%；TiO₂为10～20%；去离子水为5～10%。

下面结合附图对本发明做出进一步的说明。

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1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1也可以是聚酰亚胺、环氧等材料。然后采用平面化学蚀刻、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1～30μm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、铂钨合金、铂铱合金等。

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%、Al5.5～5.8%，剩余为Fe），也可以采用镍铬合金、卡玛合金、铂钨合金、铂铱合金等，厚度范围0.005～0.03mm。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，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350Ω，敏感栅长度为2mm，电阻分散度≤±1%。

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：Al（H₂PO₄）₃为20～30%；CrO₃为5～10%；硅烷处理SiO₂为20～40%；Al₂O₃为5～10%；TiO₂为10～20%；去离子水为5～10%。

Claims

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（1）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℃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1～30μm的镍铬合金、卡玛合金、铁铬铝合金、铂钨合金或铂铱合金。

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%、Al5.5～5.8%，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。