應(yīng)變傳感器在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中扮演著重要角色。目前主流應(yīng)變傳感器存在一些不足,例如電阻應(yīng)變片耐久性差、振弦傳感器售價(jià)較高且只適用于測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變、光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器價(jià)格昂貴且安裝與布控繁瑣。鑒于此,為豐富應(yīng)變傳感器的種類,本文將同樣具備優(yōu)異耐久性、高性價(jià)比的厚膜電阻與不銹鋼結(jié)合,探索制備不銹鋼基底厚膜應(yīng)變傳感。研究厚膜電阻的基本性能、設(shè)計(jì)傳感器的轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)形式并測(cè)試設(shè)計(jì)制備的傳感器性能。包括如下主要內(nèi)容:（1）制備不銹鋼基底厚膜電阻并進(jìn)行基本性能測(cè)試。選擇了分層燒制介質(zhì)層的不銹鋼基底絕緣化處理工藝以及了解了基底達(dá)一定厚度方可保證厚膜電阻的穩(wěn)定性能,測(cè)得厚膜電阻的應(yīng)變系數(shù)為10、溫度系數(shù)為66ppm/℃。探索制備出溫度系數(shù)為24ppm/℃的厚膜電阻,減小了溫度影響,隨后對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試,表明有良好的阻值穩(wěn)定性。（2）分析了在兩種轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)形式下應(yīng)變傳感器的應(yīng)變量程與靈敏度。發(fā)現(xiàn)量程放大的矩形式結(jié)構(gòu),傳感器量程小于基底屈服應(yīng)變值;雙環(huán)式結(jié)構(gòu),可設(shè)計(jì)出量程大于基底屈服應(yīng)變值的量程放大的應(yīng)變傳感器。有限元模擬驗(yàn)證了雙環(huán)結(jié)構(gòu)理論計(jì)算的正確性,改變環(huán)結(jié)構(gòu)豎梁線寬的優(yōu)化方法對(duì)結(jié)構(gòu)豎... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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測(cè)電阻應(yīng)變系數(shù)略微降低[55]。綜上，采用三次燒結(jié)介質(zhì)層不僅可以提高燒結(jié)成功率與保證介質(zhì)層絕緣效果，同時(shí)可以保證此種燒制工藝制備的應(yīng)變傳感器有較高的應(yīng)變敏感性；（2）雖然打磨基片可以增強(qiáng)共燒介質(zhì)層的成功率，但同時(shí)因?yàn)榇蚰トコ瞬讳P鋼表面富集的鉻離子，加劇了中高溫銹蝕的程度[11]，降低了不銹鋼的耐久性。于是，在采用多次燒結(jié)的前提下，不采用對(duì)基底打磨處理的方法完全能達(dá)到黏附性要求。2.2.3試件尺寸與圖形設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用兩種不銹鋼基片厚度（0.76mm、0.26mm）但平面尺寸相同的不銹鋼基片制備厚膜電阻試件。圖2-2為不銹鋼基底厚膜電阻試件平面尺寸示意圖。圖2-2不銹鋼基底厚膜試件平面尺寸示意圖2.3厚膜電阻基本性能方阻（R□）、應(yīng)變系數(shù)（GF）和電阻溫度系數(shù)（TCR）是厚膜電阻的三個(gè)基本性能指標(biāo)而且后兩個(gè)性能指標(biāo)直接影響厚膜應(yīng)變傳感器的應(yīng)變和溫度敏感性。本節(jié)制備

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-12-表厚膜電阻的實(shí)際GF，排除基片厚度的影響[12]。根據(jù)文明對(duì)430不銹鋼基底厚膜電阻試件中的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果來看，可以設(shè)置900με作為厚膜電阻的拉伸極限應(yīng)變值，由式（2-3）計(jì)算出0～900με，間隔100με對(duì)應(yīng)的試件彎曲撓度di作為位移加載目標(biāo)。給厚膜電阻加載初始撓度將此時(shí)設(shè)為0d，電阻值0R，并測(cè)量出加載di時(shí)對(duì)應(yīng)的厚膜電阻值iR,由此得到十組i、iR數(shù)據(jù)，由此繪制出iR－i圖，計(jì)算應(yīng)變系數(shù)。圖2-3厚膜電阻應(yīng)變系數(shù)加載原理圖2.3.1.3電阻溫度系數(shù)與測(cè)試電阻溫度系數(shù)（TCR）表示為厚膜電阻在溫度改變1℃時(shí)，阻值的相對(duì)變化量，單位為ppm/℃，即為電阻值隨溫度變化的敏感性。其計(jì)算公式可以用式（2-4）表示：216121=10RRRTCRRTRTT（）(2-4)式中R——溫度變化導(dǎo)致的電阻值變量（Ω）；1R——溫度T1對(duì)應(yīng)的電阻阻值R1（Ω）；2R——溫度T2對(duì)應(yīng)的電阻阻值R2（Ω）。電阻溫度系數(shù)可以根據(jù)測(cè)試的溫度區(qū)間分為熱電阻溫度系數(shù)（HTCR）與冷電阻溫度系數(shù)（CTCR），相應(yīng)溫度區(qū)間分別為25~125℃、-55~25℃。綜合考慮到實(shí)驗(yàn)室條件與所設(shè)計(jì)應(yīng)變傳感器實(shí)際使用的環(huán)境溫度范圍，選擇測(cè)量熱電阻溫度系數(shù)，后面用電阻溫度系數(shù)默認(rèn)代替熱電阻溫度系數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量條件為T1=25℃，T2=125℃，測(cè)試實(shí)驗(yàn)過程：（1）將各個(gè)不銹鋼基底厚膜試件焊接上耐高溫的導(dǎo)線，經(jīng)檢測(cè)導(dǎo)線的阻值對(duì)測(cè)量結(jié)果影響��；（2）將上述各個(gè)試件放入干燥箱中并設(shè)置目標(biāo)溫度25℃；（3）保溫20min，待到目標(biāo)溫度穩(wěn)定后，測(cè)量各個(gè)試件的電阻值1iR；（4）完成記錄后，將干燥箱溫度設(shè)置為125℃；（5）同樣待到設(shè)定溫度穩(wěn)定后，測(cè)量各個(gè)厚膜電阻的阻值2iR；（6）利用式（2-4）計(jì)算出各個(gè)不銹鋼厚膜高電阻溫度系數(shù)。

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