粘接式安装方法在加速度传感器中的应用需知

2018-4-10 16:52| 发布者: weixin| 查看: 875| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 本文将采用书面形式来阐述加速度计的粘接式安装方法，工程师在这个应用领域中进行了许多调查研究并得出结论：正确的加速度传感器粘接方法是十分重要的。

　　本文将采用书面形式来阐述加速度计的粘接式安装方法，工程师在这个应用领域中进行了许多调查研究并得出结论：正确的加速度传感器粘接方法是十分重要的。这些信息将有助于测试工程师在粘接一些特殊类型的传感器时能有更好的指导并取得更好地效果。

　　背景

　　测试工程师和技师们常常会问：如何避免在安装被测物体表面上打孔而进行加速度计的安装?例如合钣金材料表面安装时厚度不足，在一块很小的表面区域中存在着很多不平整的结构，多样性的安装方式使得加速度计的安装方式具有很大的随意性，在这种状况下我们使用粘接剂粘合加速度计是最合适的安装方式。

　　测试人员会考虑在什么样的环境下采用什么类型的粘接剂更符合测试要求。加速度计的自然频率由粘接的耦合程度决定，选择正确的粘合剂将是很重要的一步。有些重要的问题是必须要考虑的是：加速度计的重量，测试时的频率和带宽，测试时的振幅和温度。还要考虑一些测试过程中会出现的问题：正弦曲线的受限和测试中出现的随机振动。通常，工程师和技师将会根据测试不同的需求选择合适的粘接剂来粘接加速度计。

　　这些粘接剂包括：氰基丙烯酸盐,磁铁，双面胶带，石蜡，热粘接剂等，问题的关键在于如何能够有效的使用这些粘接剂。下面我们会详细地阐述这些问题。在正弦振动测试过程中7104A和7508A是两种典型的被广泛应用的加速度计，分别用氰基丙烯酸盐,磁铁，双面胶带，石蜡，热粘接剂对它进行粘接。一般在高温控制室中进行，用热电偶来监控烤箱中的温度，以此来检验加速度计在恶劣环境下的频率响应。

　　建议

　　在加速度计的粘接过程中，粘合剂的使用量对在加速度计能否达到良好的频率响应中起到很关键的作用。在一块小的薄膜上尽可能的用最少的粘接剂粘接加速度计将会使得加速度计频率响应传送性最好。在安装传感器之前要用碳氢化合溶液(比如：Loctite™X-NMS)来清洁其要安装的表面，在安装传感器的时候通常要用到氰基丙烯酸盐，磁铁，双面胶带，石蜡，将其均匀地涂抹在粘接加速度计被粘表面，不能太厚或太薄，合适的厚度会起到良好的粘接效果。热粘接剂的使用有很多的注意事项，最重要的是要注意安装过程中热粘接剂的凝固时间。

　　7104A和7508A是两种最具有代表的普通加速度计。 7104A重8.6克，在测试高频振动时，频率响应在1-12KHZ。7508A重3.6克，在使用氰基丙烯酸盐粘接到高频振动台的时候，频率响应在1-5K HZ。

　　粘接剂安装方法介绍：
　　1. 氰基丙烯酸盐(俗称502胶)
　　MEAS的测试传感器中一个加速度计的重量一般小于10克，这是它们的优势所在，在7104A和7508A两种传感器的粘接都可以使用氰基丙烯酸盐的粘合剂，使用温度范围通常在-18°C到+121°C之间。氰基丙烯酸盐的粘合剂也可用于121°C之上，通常能达到177°C。它是一种用于粘合坚固塑料的胶液，这种胶液可用于粘接金属，玻璃，橡胶和各种塑料。使用氰基丙烯酸盐的稀释剂可以加快凝固时间。通常氰基丙烯酸盐用来粘接铝，不锈钢。甲基氰基丙烯酸盐通常被推荐用来粘接和固定金属和玻璃。氰基丙烯酸酯在其他材料方面的效果如何，我们还需要做进一步的测试。

　　优点：
　　  · 室温时粘接效果好，凝固时间较快。
　　  · 频率响应宽，温度范围宽。

　　缺点：
　　  · 在拆卸传感器之前，需要用(Loctite™X-NMS)溶剂溶解胶也才能取下传感器。
　　  · 拆卸时间长。
　　  · 不能在粗糟表面上使用。

　　2. 石蜡
　　石蜡是一种可以用于低温或常温的粘接剂，和氰基丙烯酸盐一样，在应用温度范围的内都能有很好的频率响应。

　　建议：
　　在我们选用石蜡作粘接剂时候，特别要了解清楚它的最大粘接强度是多少：如果在一块光滑的钢铁表面使用的时候，大概是15psi。也就是说粘接面积在0.625英寸，在大约20g-pk情况下可以粘接<100克的加速度计。蜡的厚度应该是在0.125英寸以下，最好在0.1英寸以下。以下公式可以计算粘接的频率特性：

　　其中：fn为自然频率，A为安装加速度计下石蜡区域的平方数(单位：英寸)，t为上蜡的厚度(单位：英寸)，E为上蜡的弹力系数(单位：psi)，W为加速度计的重量(单位：英镑)。

　　优势：
　　  · 使用方便
　　  · 携带方便(可以直接放入口袋)
　　  · 粘接迅速
　　  · 拆卸方便，迅速

　　3. 漂白蜡 7036
　　另一种粘接剂是用漂白蜡7036。这是一种很好使用的加速度计粘接剂，用来固定像7100A系列的产品。在连续的高频振动下漂白蜡有良好的传送性和支撑性，可使用的最大温度是70℃。超过70℃时候，石蜡就会变软从而影响频率响应。

　　粘接时使用的方法是加热需要粘接的地方使温度到达200℃，当石蜡变软时粘上加速度计即可，然后等石蜡完全冷却凝固，这时加速度计就固定好了。

　　漂白蜡安装有很好的长期稳定性，但要注意的是丙酮可以很容易的清除它。使用前清理干净粘接的表面，因为杂质会影响到加速度计的粘接效果

　　4. 双面胶带
　　双面胶带有良好的温度使用范围，它类似于氰基丙烯酸盐粘合剂可以直接粘合。使用温度范围在-18℃~+93℃，适合于7104A型号。

　　优点：
　　  · 使用方便
　　  · 温度使用范围宽

　　缺点：
　　  · 振幅范围有限
　　  · 当粘接较高或顶置接头的加速度计时，电缆的运动会影响加速度计精度。

　　5. 热粘接剂(热熔胶)
　　热粘接剂温度使用的范围在-18℃~+93℃，高于93℃时，热粘接剂将会失去它的硬度，频率响应将会受到影响。在粘接的方法上热粘接剂需要更多的注意，特别是在高频使用的时候，在小于2HZ时候我们可以正常的使用。热粘接剂的频率范围将会随着测试温度的降低而增加。这种粘接方法已经被广泛的使用，因为它可用于很多材料，甚至我们可以使用手提胶枪。

　　优点：
　　  · 使用方便
　　  · 粘接迅速
　　  · 粘接时间快，容易清除

　　缺点：
　　考虑到粘接的时间需要十分短，如果要确保良好的频率响应，这就要求用户必须十分迅速的粘接加速度计，当粘接剂被涂到安装面上以后必须尽快的粘接，而且必须注意的是安装时温度不能超过+93℃。

　　6. 磁铁
　　用磁铁来安装加速度计是一种十分方便和容易操作的方法，然而使用这种方法安装加速度计会降低可用的频率带宽。磁铁不会随着环境的影响而被改变，但是磁铁的安装将会大幅的降低共振的频率，在特殊材料表面用磁铁安装加速度计可能会导致失效。例如7104A，从螺栓安装转换到磁铁安装时频率范围将会从15KHZ减少到3.4KHZ。因此，磁铁安装常被用于低频测试。加速度计重量大于50克时，将可以考虑用磁铁安装。这些加速度计一般有很高的灵敏度和很窄的带宽。这个时候磁铁引起的共振是可以忽略不计的，磁铁的额外重量将会加重运动物体负荷，测量时应该考虑此重量对测量造成的误差。

　　优点：
　　  · 使用方便
　　  · 使用温度范围宽
　　  · 支撑重量良好
　　  · 可改变尺寸

　　劣势：
　　  · 带宽变小
　　  · 在使用磁铁粘接加速度计时需要十分的谨慎。

　　警告：
　　  · 在一个平坦坚硬的表面上撞击加速度计是很容易造成加速度计的毁坏。
　　  · 高频冲击将会的损坏加速度计。
　　  · 安装加速度计时应把磁铁外缘先与安装面接触，再将加速度计缓慢地放下到在被测物体的表面。

　　综述

　　1、在接近最大极限温度时最好不要用粘接剂，应该延迟一段时间再使用，否则会使粘接剂本身被损坏，导致粘接剂抗拉强度降低。
2、当我们要用粘接法安装加速度计时，所有极限因素都要考虑进去。

　　结束语

　　当工程师和技师确定选择使用粘接剂来安装加速度计的时候，应该先要考虑使用什么样的粘接剂可以快速粘接加速度计，并且有尽量宽的频率范围和尽量宽的温度范围。在-18°C~+121°C时，频率曲线没有太大的差异，在低温<+54°C时，选择石蜡要比选择氰基丙烯酸盐粘接剂好，用一层石蜡的薄膜粘接就可以得到很宽的频宽。当温度在+93°C之上时，双面胶带粘接是一种比较合适的方式;但在低温下用双面胶带在粘接的时候，相同的重量加速度计也会出现不同的特征，因此必须要注意这种粘接方式。当温度小于+93°C时，我们将会排除使用氰基丙烯酸盐粘接和双面胶带的粘接方式。可以使用热粘接剂，但必须使用迅速，避免冷却后影响到加速度计的频率响应。由于磁铁安装会影响到加速度计的高频响应，因此而我们规定了磁铁安装仅仅被用于低频模式，磁铁安装好处是环境温度将不会影响加速度计的性能。

　　来源：上海纳韦测试技术有限公司

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