Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nt.

Oznaczenie cech piezorezystywnych polimerowych kompozytów sensorowych

Cel:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki rezystancyjnej polimerowego kompozytu przewodzącego prąd elektryczny.

1. Metodyka badań

W ramach części doświadczalnej zajęć laboratoryjnych zmierzona zostanie rezystancja sensorowego kompozytu polimerowego w zależności od przyłożonego nacisku. Pomiary zostaną wykonane przy użyciu urządzenia do wyznaczania charakterystyk rezystancyjnych. W celu określenia wpływu obciążenia na wartość rezystancji wyznaczono jednostkowe zmiany rezystancji w funkcji nacisku oraz obciążeniowy współczynnik rezystancji PWR.

2. Charakterystyka urządzenia

Urządzenie wyposażone jest w układ masowego obciążania próbek, dzięki czemu można wyznaczyć charakterystyki rezystancyjne w funkcji nacisków w określonej temperaturze. Konstrukcja umożliwia pomiar rezystancji (przewodności elektrycznej) dzięki izolacji torów pomiarowych. Urządzenie to umożliwia również ogrzewanie próbki umieszczonej w izolowanej komorze, przy jednoczesnym pomiarze rezystancji. Temperatura jest nastawiana i stabilizowana za pomocą regulatora temperatury z dokładnością 1^oC, w zakresie od temperatury otoczenia do 150°. Źródłem ciepła jest elektryczna grzałka w kształcie cylindrycznym, w której centralnej części umieszczana jest próbka.

Rys. 2.1. Schemat urządzenia do wyznaczenia charakterystyk rezystancyjnych w funkcji nacisku i temperatury. 1 -docisk (elektroda górna) , 2 -próbka, 3 -podstawa próbki (elektroda dolna), 4 -grzałka, 5 -obudowa.

Rezystancję materiału w funkcji nacisków charakteryzuje obciążeniowy współczynnik rezystancji PWR (ang. PCR -Pressure Coefficient of Resistance) [1]:

gdzie: p -nacisk, R -rezystancja.

PWR określa względną zmianę rezystancji kompozycji polimerowej przy zmianie nacisku o Δp, którą najczęściej wyraża się w: [%/MPa], [1/MPa] lub [ppm/MPa].

3. Materiał do badań

Polimerowy kompozyt sensorowy - kompozyt z napełniaczami proszkowymi o rozmiarze ziarna 2-10m. Postać próbki do badań: trzpień walcowy φ 7,5x6 [mm].

Osnowa: żywica poliestrowo-imidowa

Napełniacze proszkowe: grafit, cyna, dwusiarczek molibdenu i inne.

4. Przebieg pomiaru

• wyczyścić i odtłuścić powierzchnie elektrod,

• ustawić próbkę na podstawie,

• obciążyć wstępnie siłą 1N,

• zmierzyć rezystancję próbki przy obciążeniu wstępnym (nacisku odniesienia),

• stosując kolejne obciążenia dokonać pomiarów rezystancji,

• pomiary powtórzyć w co najmniej trzech seriach.

Wyniki zebrać w tabeli pomiarowej

Obciążenie, F[N]	R[Ohm]
		Seria 1	Seria 2	Seria 3	Średnia
1
2
3
4
5
10
15

5. Opracowanie wyników badań

Wykreślić charakterystykę rezystancyjną kompozytu w funkcji nacisku R=f (p) oraz jednostkową zmianę rezystancji kompozytu - R(p)/R(p₀) w funkcji nacisku.

Obliczyć obciążeniowy współczynnik rezystancji PWR:

gdzie: p_o - nacisk odniesienia (np. wstępny, początkowy), p - nacisk w którym znajduje się kompozyt, R_po - rezystancja przy nacisku odniesienia, R_p - rezystancja przy nacisku p.

6. Analiza wyników badań i wnioski

Literatura

1. Harsânyi G.: Polymer films in sensor applications. Technology Materials Devices. Technomic Publishing Company Book, 1995.

Współczesne materiały inżynierskie - laboratorium B2-015

1

---