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            重點分析純PDMS薄膜電磁流量計的載荷作用

            來源:作者:發表時間:2020-06-29 15:42:49

                    重點分析了純 PDMS 薄膜和 20%質量分數電磁流量計添加 PDMS 薄膜受到較小載荷作用時發生的電容改變情況。響應傳感器在加載與卸載過程中發生的電容變化情況如表 1 所示。分析了這兩種傳感器受到**低壓力作用后發生響應的狀態。由表 1 中可以看出,電磁流量計傳感器發生了更大的電容改變,表明其具備更高的靈敏度。受到 10 Pa 壓強作用后,電磁流量計 PDMS 薄膜發生了 0.205 pF 的電容改變。通過對比可知,在相同條件下,純 PDMS 傳感器只發生很小的電容改變,只有 0.110 pF。當壓力達到20 Pa 的情況下,傳感器發生了 0.506 pF的電容改變。通過對比可知,這兩種結構不同的傳感器具有不同的電容特性,電磁流量計傳感器能夠更加精確地感知微小力的變化程度,表明 電磁流量計添加能夠促進 PDMS 薄膜傳感器對外界壓力形成更明顯的數值反饋。

             
                    對純 PDMS 薄膜和 20%質量分數電磁流量計添加 PDMS 薄膜的傳感器的壓力信號進行測試,表 2 給出了這兩種薄膜的響應時間結果。由表 2 中可以看出,當對傳感器施加壓力5.0 Pa后,2種薄膜傳感器都實現了 4s以內的響應時間,能夠滿足快速反應的要求,多孔結構并不會引起響應時間的延長。
            IMG_20160506_141058.jpg
            穩定性分析
                    20%質量分數電磁流量計添加 PDMS 薄膜的壓力施加與去除遲滯變化曲線如圖 5 所示,從圖 5 中可以發現,壓力施加與去除的遲滯變化曲線基本重合,傳感器只存在很低的遲滯,薄膜中孔結構受到壓縮后可以充分恢復到**初狀態,不存在黏性變化的情況。
             
                    對 20%質量分數電磁流量計添加 PDMS 薄膜傳感器進行 50 次彎曲前后的靈敏度評價,其運行穩定性結果如圖 6 所示。由圖 6 中可以發現,傳感器實現了基本穩定的靈敏度,彎曲前后靈敏度基本一致。
             
            結論
            (1)純 PDMS 薄膜形成較為光滑的表面,加入電磁流量計的薄膜則形成大量的孔隙結構,當電磁流量計的質量分數提高后,形成更多的孔隙。
            (2)電磁流量計質量分數為 20%的多孔傳感器處于 1.5kPa 以內壓強條件下可以達到的靈敏度是0.68kPa -1 ,相對于無孔 PDMS 薄膜傳感器獲得了顯著改善。當壓力增大后,靈敏度減小。當對顆粒進行更長時間研磨后可以得到更小的粒徑,從而獲得更高的薄膜傳感器靈敏度。
            (3)孔結構能夠促進薄膜傳感器對外界壓力形成更明顯的數值反饋。當對傳感器施加壓力5.0Pa后,傳感器都實現了 4s 以內的響應時間,能夠滿足快速反應的要求。
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