如何制作低温环境下使用电阻应变式传感器

粘剂一般都采用热固性型胶粘剂如聚酰亚胺、改性环氧 - 酚醛胶。这类胶粘剂贴片后，经加压回热固化及后固化处理后，胶层具有很高粘结强度，电绝缘性能好，传感器蠕变、滞后及零漂小，传感器稳定性也好。

(3) 低温下防护剂对提高传感器稳定性有极重要作用。传感器应用场合，弹性体表面应变片温度由室温逐渐致冷介质注入而降低。弹性体冷却过程中，将空气中微量水分吸附弹性体表面，形成白霜。当传感器经受周期性温度变化时，应变片表面白霜熔化成水分，使应变片、胶粘剂吸收水分而使绝缘电阻发生变化（降低），引起传感器零漂，蠕变、滞后增大，严重时会使传感器失效。

另外，当粘贴传感器弹性体表面应变片浸泡低温介质内时，流过应变片内部电流应变片内产生焦耳热，当它与低温介质接触时，应变片与介质之间产生激烈热交换，这种不断热交换也会造成传感器零漂或不稳定，如图 6 所示。可以看出，当应变片未加防护剂（涂层）时，室温至 -50 ° C 范围内，热输出重复性很差（图中虚线所示）。但经施加防护涂层后，应变片稳定性则有了很大提高。

深低温下防护剂一般不宜采用室温下常用防护剂，这是某些室温防护剂其硬度会随温度降低而增加，形成一定加强效应，低温下也易发生脆裂等现象，，传感器用应变片防护剂，一般可采用粘贴应变片贴片胶如改性环氧 - 酚醛胶， PPS 胶（聚苯硫醚）等，应变片表面上均匀涂上一薄层，经固化后再涂一、二次，然后最终固化处理，然后其表面均匀涂上一层硅脂，这样就可保证其性能稳定了。

其调整和补偿工作比较简单；但变温环境条件下使用传感器其补偿技术要求相对要高和严格多。

电阻应变式传感器中，室温环境条件下使用测力、称重传感器，性能补偿方面技术是最成熟，各种补偿和调整后测力、称重传感器可以具有非常高精度，大都可达 0.02~0.03%F.S 左右。低温电阻应变式传感器，测力、称重传感器所有调整、补偿技术都可采用，其具体实施方法也相似。，应变片低温下性能与常温环境有很大差别，具体补偿处理时必须经试验进行确定。

由前述可知， Ni-Cr 系合金电阻温度系数 ( a R ) 可以调整合金成分和热处理工艺来加以调节 ，可制作适用于不同弹性体材料温度自补偿应变片，减小传感器温度影响，提高传感器性能指标。， Ni-Cr 系合金低温环境下 (10~20K) 其热输出出现逆转现象，即谓近藤效应（如图 7 ）。

由图可见， KFL 型应变片（ Ni-Cr 系合金，聚酰亚胺基底） 200K 附近，其热输出为零，此以下温度时，呈现负输出。 WK 型应变片（玻璃纤维增强环氧 - 酚醛基底， Ni-Cr 系合金）， 10~20K 左右热输出为最小值，其后由负变为正输出， 4.2K 时有正最大热输出。 Ni-Cr 系合金 10~20K 温度区间，这种逆转变化，给传感器零点温漂补偿带来一定困难，减小这种影响，选用应变片时应尽量选用具有温度自补偿。同一批应变片，有条件时可对应变片温度特性进行预选，以提高桥路补偿效果。

三、低温电阻应变式传感器性能试验装置

低温电阻应变式传感器各项性能参数必须低温环境下进行测定，如何获低温环境和保持低温环境这是试验工作重要环节。

1 、低温环境条件获

低温试验时，绝大多数情况下，是应用各种致冷剂来达到预定试验温度，当要求温度介于两种冷剂温度之间时，可选用较低温度冷剂，以喷淋或辐射形式来获取所需温度，具体方法应试验要求来确定。至于贮存冷剂容器常采用金属杜瓦瓶或玻璃杜瓦容器。目前常用冷剂及其可达到温度列于表 2 。

2 、低温压力传感器性能试验测量系统

研究电阻应变式压力传感器低温下 (77~300K) 性能参数，典型试验装置及测试系统如图 8 所示，整个装置由四个部分组成。

①真空系统。实验温区较宽，要求压力腔及传感器处于较高真空环境中（ 1.3 ′ 10 -2 Pa 以上），有热偶真空规和电离真空管，随时监视真空罩内真空度。

②压力源及测压系统。该系统由高压氮氢瓶、减压阀、标准压力表、低温压力腔、放气阀及连接管道等组成。

③温度测量和控制系统。低温压力腔及传感器温度由铜 - 康铜热电偶测定。压力腔及传感器温度系统由铂电阻温度计、加热器及低温控温仪等组成。

④压力传感器信号变换及显示系统。该系统由电阻应变式压力传感器、动态电阻应变仪和数字电压表等组成。

3 、低温引伸计试验测试系统

为标定引伸计低温下 (4.2~300K) 性能，其典型试验装置如图 9 所示。该系统试验温度要按使用条件分阶段进行（如 300K 、 77K 、 20K 、 4.2K 等），该系统主要包括：

①标定机构。校准器采用专供校准引伸计用螺旋千分尺，引伸杆置于低温杜瓦中，其上可安装被校引伸计。

②低温介质容器。盛置低温介质容器是由内外两个玻璃杜瓦组成。内杜瓦与上法兰盘之间用不锈钢连接内罩相连，内杜瓦连接罩间由二道真空橡皮密封。内外杜瓦及标定机构重量是由外框架承担。

③温控系统。调节试验温度，装置引伸计刀口两侧装有变温加热器，其功率约为 0.3W 。下加热器是为调节上部空间温度及烘干液氦之用，它位于标定机构下端，功率为 0.35W 。测温元件可采用金 - 铁热电偶或铂电阻温度计。

④位移测量系统。引伸计变形测量是由动态电阻应变仪和 x-y 记录仪组成。

四、结束语

一般市售各种电阻应变式传感器，只能适用于常温环境（ -20 ° C~+60 ° C 或 -40 ° C~+80 ° C ），高温或低温环境下使用各种电阻应变式传感器，往往需要自行进行设计制作。本文主要介绍电阻应变片低温下特殊性能，设计人员能更好利用其特点，制作各种性能好传感器，目前低温下常用电阻应变式传感器主压力和位移等传感器，确认各种传感器低温下性能，文中也简要介绍了低温下压力和位移传感器标定系统，以供有关人员参考。