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重点分析纯PDMS薄膜电磁流量计的载荷作用

来源:作者:发表时间:2021-06-29 15:42:49

        重点分析了纯 PDMS 薄膜和 20%质量分数电磁流量计添加 PDMS 薄膜受到较小载荷作用时发生的电容改变情况。响应传感器在加载与卸载过程中发生的电容变化情况如表 1 所示。分析了这两种传感器受到最低压力作用后发生响应的状态。由表 1 中可以看出,电磁流量计传感器发生了更大的电容改变,表明其具备更高的灵敏度。受到 10 Pa 压强作用后,电磁流量计 PDMS 薄膜发生了 0.205 pF 的电容改变。通过对比可知,在相同条件下,纯 PDMS 传感器只发生很小的电容改变,只有 0.110 pF。当压力达到20 Pa 的情况下,传感器发生了 0.506 pF的电容改变。通过对比可知,这两种结构不同的传感器具有不同的电容特性,电磁流量计传感器能够更加精确地感知微小力的变化程度,表明 电磁流量计添加能够促进 PDMS 薄膜传感器对外界压力形成更明显的数值反馈。

 
        对纯 PDMS 薄膜和 20%质量分数电磁流量计添加 PDMS 薄膜的传感器的压力信号进行测试,表 2 给出了这两种薄膜的响应时间结果。由表 2 中可以看出,当对传感器施加压力5.0 Pa后,2种薄膜传感器都实现了 4s以内的响应时间,能够满足快速反应的要求,多孔结构并不会引起响应时间的延长。
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稳定性分析
        20%质量分数电磁流量计添加 PDMS 薄膜的压力施加与去除迟滞变化曲线如图 5 所示,从图 5 中可以发现,压力施加与去除的迟滞变化曲线基本重合,传感器只存在很低的迟滞,薄膜中孔结构受到压缩后可以充分恢复到最初状态,不存在黏性变化的情况。
 
        对 20%质量分数电磁流量计添加 PDMS 薄膜传感器进行 50 次弯曲前后的灵敏度评价,其运行稳定性结果如图 6 所示。由图 6 中可以发现,传感器实现了基本稳定的灵敏度,弯曲前后灵敏度基本一致。
 
结论
(1)纯 PDMS 薄膜形成较为光滑的表面,加入电磁流量计的薄膜则形成大量的孔隙结构,当电磁流量计的质量分数提高后,形成内蒙快三的孔隙。
(2)电磁流量计质量分数为 20%的多孔传感器处于 1.5kPa 以内压强条件下可以达到的灵敏度是0.68kPa -1 ,相对于无孔 PDMS 薄膜传感器获得了显著改善。当压力增大后,灵敏度减小。当对颗粒进行更长时间研磨后可以得到更小的粒径,从而获得更高的薄膜传感器灵敏度。
(3)孔结构能够促进薄膜传感器对外界压力形成更明显的数值反馈。当对传感器施加压力5.0Pa后,传感器都实现了 4s 以内的响应时间,能够满足快速反应的要求。