[发明专利]使用掺杂聚合流体的压阻式应变计

说明书

技术领域

本发明涉及应变计及其制造方法，其中该应变计含有掺杂的聚合流体，适于测量超过10％的伸长率。

背景技术

应变计或计量器是用于测量对样品施加机械力和/或热力时主要在样品表面发生的尺寸变化。一种应变计是与样品表面连接，且机械性地放大表面的表面变形使得能够通过指示器对变化进行测量。

在生物流体流的测量中，Whitney(1953)首先引入用于测量响应静脉阻塞出现在组织体积中的变化的含汞橡胶(mercury-in-rubber)应变计体积描记术。使用时，将张力状态下的应变计放置在待研究的肢体周围。尽管此应变计有效用，但由于其含有汞，因而会对环境造成破坏，导致处理的问题。

本发明的目的在于提供一种应变计，其用于测量能够出现大变形的物品，同时不会破坏环境。

发明内容

本发明提出一种具有掺杂聚合流体的应变计，其中所述应变计能够测量超过10％的变形率，而不会对环境造成破坏。

通过以下说明、所附的权利要求书和附图，本发明的装置和方法的上述或其它特点、方面和优点将会更清晰。

附图说明

图1示出了本发明的应变计的一个具体实施方式。

图2示出了本发明的应变计的制造方法。

图3示出了连有拉力的应变计。

图4为测量的电阻对应变计的拉力作图。

图5A～图5D示出了本发明应变计的制造方法。

图6为压阻式应变计，其使用导电粉末掺杂的聚合流体作为应变计材料。

图7为纳米流应变计的制造工艺。

图8显示测量的拉力vs电阻具有线性关系。

图9为制得的应变计原型(prototype)，其具有用硅橡胶保持的碳黑掺杂聚合物流体。

具体实施方式

以下对具体实施方式的说明仅出于举例说明的目的而非用于限定本发明及其应用或用途。

以下将对于图1～5进行说明。

本发明涉及含有导电流体的应变计以及制造该应变计的方法。通过本发明，可获得能够测量物品发生大变形(超过10％)的应变计。因此，本发明是现有技术中无法测量大变形或者会破坏环境的应变计的一个改良，现有技术的应变计包括金属线应变计和汞基应变计。

图1为本发明的应变计的一个具体实施方式，该装置具有以下组件：聚合物通路101、掺杂聚合流体103以及连接测量器的电极105。

聚合物通路101可用适于宽范围温度(如-195℃～200℃)且伸长率超过10％的材料制成。适于作为聚合物通路101的材料的实例包括弹性体，如衍生自丙烯酸酯、丁基橡胶、碳氟化合物、氟硅氧烷、硫化物、尿烷(urethanes)、氯丁二烯橡胶(neoprenes)、异戊二烯、硝酸酯、硅酮(silicones)、丁二烯和苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadienes)的弹性体。树脂也是合适的材料，例如环氧树脂、苯酚树脂和聚酰亚胺。聚合物通路101也可以例如与玻璃纤维掺杂，以改善通路101的特性。

掺杂聚合流体103由混合有导电粉末的非导电聚合流体制成。在一个实施方式中，非导电流体为通式[R₂SiO]_n表示的硅化合物，其中R＝甲基、乙基或苯基，n表示重复单元数目，n为1～100的整数。其它非导电性聚合流体包括蓖麻油、矿油和丙二醇。需要向非导电性聚合物加入作为导电元素的导电粉末。导电粉末的实例为碳黑粉末或金属粉末。非导电性聚合物与碳黑粉末的重量比可以是0.5∶1～1∶3。

用于保留掺杂聚合流体103的槽107的容积为约1μL或以上，即聚合流体通路的容积为约1μL或以上。在一个实施方式中，槽107的尺寸为2mm(深)×5mm(宽)×20mm(长)。

使用时，应变计的两端朝相反方向109拉伸。电极105经由连接线(未示出)向测量系统(未示出)传输电信号。测量系统测量应变计变形引起的电阻变化。通过本发明的应变计的结构，可以测量变形超过10％的物品。向应变计施加拉力时，应变计的长度增加，横截面面积减少。电阻由下式表示，

电阻＝电阻率×长度/横截面面积

图2为制造本发明应变计的一个实施方式。

首先，在硅衬底201中制造聚合物通路，形成槽203。在制造过程中，使用如光刻胶等的膜涂料。该光刻胶优选为负性光刻胶，其适于涂覆较大部分，对该部分曝光而引发辐射聚合(activating radiation polymerize)，或使光活性化合物和光刻胶组合物的可聚合物质发生交联。