【摘要】：腰形筒壓力傳感器具有體積小、重量輕、易于與安裝試件表面共形、靈敏度高、精度高的優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用于航空航天、工業(yè)、生物醫(yī)療、建筑、汽車等領(lǐng)域,但傳統(tǒng)工藝制造腰形筒壓力傳感器加工復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)、制作成本高,而近年來(lái)發(fā)展更趨成熟的3D打印技術(shù)可以有效的克服這些問(wèn)題,因此使用3D打印技術(shù)試制該類傳感器具有重要意義。本文研究了一種采用3D打印技術(shù)的腰形筒壓力傳感器,通過(guò)有限元仿真進(jìn)行了驗(yàn)證和優(yōu)化,并對(duì)所制的傳感器進(jìn)行了性能測(cè)試。本文主要研究工作和結(jié)果如下:(1)介紹了腰形筒壓力傳感器的傳感原理和基本結(jié)構(gòu),建立腰形筒有限元模型,通過(guò)ABAQUS有限元仿真研究了腰形筒在內(nèi)壓下的表面應(yīng)變分布,確定了應(yīng)變片布置方案,利用有限元仿真對(duì)腰形筒的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)采用控制變量法分析了其與輸出應(yīng)變和傳感器靈敏度、量程的關(guān)系,得到腰形筒的最佳尺寸,并計(jì)算了該尺寸下不同壓力對(duì)應(yīng)的理論應(yīng)變輸出。(2)采用3D技術(shù)制備腰形筒壓力傳感器,選擇光敏樹(shù)脂材料Somos 14120作為腰形筒打印材料,使用立體光刻成型(SLA)技術(shù)作為打印工藝,通過(guò)SolidWorks進(jìn)行腰形筒三維建模,使用工業(yè)級(jí)SLA 3D打印機(jī)SPS 450打印得到腰形筒彈性元件,安裝并連接電阻應(yīng)變片,完成傳感器的制備,并比較了不同打印參數(shù)的腰形筒彈性元件打印方案。探索了金屬腰形筒壓力傳感器的一體化3D打印方案,打印材料采用了鈹青銅QBe2、康銅6J40、聚四氟乙烯和聚酰亞胺,使用激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)技術(shù)及磁控濺射技術(shù)作為制備工藝,3D打印機(jī)選擇3D Systems ProX500 SLS。(3)建立的腰形筒壓力傳感器性能測(cè)試系統(tǒng),對(duì)傳感器進(jìn)行驗(yàn)證與測(cè)試,測(cè)得傳感器性能穩(wěn)定,工作量程為0~5kPa,符合設(shè)計(jì)量程,滿量程輸出為2710.20με,靈敏度為542.04με/kPa,線性度好,達(dá)99.7%,遲滯誤差為1.53%,重復(fù)性高,誤差為0.85%,精確度誤差為2.62%,零漂誤差為0.30%,與理論設(shè)計(jì)值相比,傳感器輸出誤差為4.74%,靈敏度誤差0.58%。
【圖文】：

圖 1.1 壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域力傳感器的性能與作用日益強(qiáng)大，因此，為了給醫(yī)療環(huán)境，工業(yè)發(fā)展，，航空航天事的條件，進(jìn)一步開(kāi)拓對(duì)壓力的測(cè)量、監(jiān)測(cè)與控制必不可少。壓力傳感器的發(fā)展趨勢(shì)前壓力傳感器的發(fā)展主要可以歸為以下幾方面：1）小型化：小型化的好處有重量輕、體積小、便于安裝并減小對(duì)周圍儀表的影響。2）集成化：將傳感器與電路或其他測(cè)量?jī)x器集成在一起，從而減少成本，提高穩(wěn)定3）智能化：在集成化的基礎(chǔ)上加入微處理器，使得傳感器具備自補(bǔ)償、自適應(yīng)等功4）系列化：由于單一產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大不如前，系列化的產(chǎn)品將更具生命力。5）標(biāo)準(zhǔn)化：傳感器行業(yè)已形成了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如 ISO、IEC 等。阻應(yīng)變式壓力傳感器力傳感器按工作原理可分為：應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力容式壓力傳感器、電感式壓力傳感器等，其中，電阻應(yīng)變式壓力傳感器基于電阻應(yīng)

將金屬絲繞成柵形，端部呈圓弧形，而短接式將金屬絲平行排焊接而成，端部平直，克服了絲繞式存在的橫向效應(yīng)，但由于使疲勞壽命降低，因此此類傳感器穩(wěn)定性、壽命不高，但成本性的測(cè)量。變式壓力傳感器采用以厚度 0.003-0.01mm 的金屬箔為敏感柵感壓原理與前者類似，基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。其中的敏感柵制作工刻、腐蝕等工藝制成的，可依據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求制成任意復(fù)雜熱穩(wěn)定性的合金如康銅、改性鎳鉻合金等。由于其橫向部分可應(yīng)相比絲繞式要小。箔柵厚度很小，而柵條比柵絲允許通過(guò)的勞壽命長(zhǎng)，且能具備更高的靈敏度。阻應(yīng)變式壓力傳感器是通過(guò)真空沉積或真空濺射等方法，將金敏感柵，膜的厚度從幾埃到幾千埃不等，將膜層直接做在彈性臂，同樣基于電阻應(yīng)變效應(yīng)工作。膜的電傳導(dǎo)特性使其應(yīng)變靈和蠕變較小，且材料選擇范圍更廣，可使用耐腐蝕的高溫金屬
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2580644