碳电阻的高压特性研究+文献综述(2)
时间:2017-04-08 17:07 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
近20年来，随着科学技术的发展，制作高压敏感元件的材料越来越多。例如，箔式锰铜计压力传感器、PVDF压电薄膜传感器[2]等。箔式锰铜计压力传感器薄膜制备工艺复杂，成本高昂。该材料的大致成分是含铜84％，锰12％，镍4％。1903年人们首次在该材料上发现压阻效应，随后用其制作的压力传感器在高压力的测量中得到了广泛应用，特别在冲击剖面测量中是目前最常用的一种探测手段。 由碳材料制成的电阻比传统电阻的成本低、稳定性高、阻值范围宽、精度高、具有负阻度系数等诸多优点。特别是它的制造成本低廉、生产过程简单，使得碳质电阻在各个行业、各个领域都得到了相当广泛的应用。人们发现碳晶体的压阻效应后，便开始着手由碳材料制成的压力传感器的特性研究。目前利用碳晶体的压阻效应制成的压力传感器主要是箔式碳压阻传感器。该传感器的敏感材料是是石墨、碳黑、松油醇、酚醛树脂、缩丁醇等的混合物，采用印刷工艺制成。它的生产产家目前主要还是在国外。和锰铜计一样国外的许多机构对我们进行了技术封锁，它的进货条件受到国外厂家的阻挠，而且价格不菲。该类传感器都是作为一种消耗品用做高压动态测量实验中，花消相当巨大。 为此，我们把目光投向同样是由碳材质制成的碳电阻器，成本低廉是它无可挑剔的优点。但在已公开报道的校准曲线之间存在较大的差异，这些都使得碳电阻计的高压特性研究迫在眉睫。 1.2 国内外研究现状 1.3 本文开展的主要工作 本文的研究对象是一种基于商用碳电阻器为敏感元件的冲击波超压传感器。要求在研究大量国内外论文文献的基础上，找到一种适合做本实验的碳质电阻器，并且总结前人的实验方法，结合现有的设备水平，得出较为可靠、高效、经济的实验方法。 做为冲击波超压传感器中的佼佼者，锰铜压力计的相关研究为此次实验提供了许多思路。包括封装材料的选择，分析“在位式”和“后置式”传感器结构设计，总结两者的优缺点，结合实验室设备，再考虑到Z.Rosenberg等人碳电阻计结构的设计方法，最终采用了圆柱体“在位式”传感器结构。 由于碳电阻器本身的制备工艺原因，它相较与其他同类传感器的敏感元件如：锰铜、镱等，并不具备其良好的线性、高的灵敏度，所以本实验对碳电阻计的灵敏度要求仅为10%左右。但对其可重复性以及响应时间，我们还是十分乐观的。同时，碳电阻计在制作成本与工艺上，具有上述两种传感器无法比拟的优越性。本文还叙述了用该传感器做的一系列气枪打靶的比对实验。实验就是利用气枪，出膛弹速最高可达到700~1000m/s。由于用于校准的锰铜压力计价格较贵，大约人民币1300元/片，而且是作为消耗品来使用，所以根据测试材料的本构关系，即雨贡纽（Hugoniot）参数,做出在传感器中的压力的理论计算，从而得到碳电阻压力与电阻变化率之间的函数关系式，这点对碳电阻的校准十分重要。 由于实验中碳电阻器在高压力下的电阻变化率 过大，而惠斯通电桥的应用是在微小应变的情况，所以无法用惠斯通电桥去减少碳电阻器温漂带来的实验误差。基与此，重新设计了一个简单的RC分压电路，用后置放大器放大输出电压。再由实验现场搭建的数采系统和示波器完成整个实验的数据显示与记录。 2 传感器设计与制作 传感器组成如图2.1，本章主要研究敏感元件的制备。 图2.1 传感器的组成 2.1 敏感材料选择 市面上出售的由碳材料制成电阻或传感器主要有这几种：碳膜电阻器、碳压阻式压力传感器、碳纳米管和本次实验用到的碳质电阻器。 (责任编辑：qin) |