碳电阻的高压特性研究+文献综述(3)
碳膜电阻（碳薄膜电阻）为最早期也最普遍使用的电阻器，利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂一层碳膜，再将碳膜外层加工切割成螺旋纹状，依照螺旋纹的多寡来定其电阻值，螺旋纹愈多时表示电阻值愈大。最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。碳膜电阻器根据不同的用途和不同的特性有很多品种，除普通碳膜电阻器外，还有应用在各种测量仪器中的RTL测量型碳膜电阻器，有用于高频或超高频的碳膜电阻器，如RTCP棒状超高频碳膜电阻器、RTCP-Q型钮扣式超高频碳膜电阻器等[14]。该电阻并不是真正意义上的碳质电阻，它也不具备良好的压阻特性与抵抗冲击波的能力，所以碳膜电阻不是我们想研究的对象。
对于碳压阻式压力传感器，市价大约在1000元/片（0.15inch×0.15inch）该传感器具有负的压阻系数，灵敏度高。
图2.2条带式碳压阻片结构图
1.2Gpa时，压阻系数比锰铜的大一个数量级；9.1GPa时，约大三倍。该传感器抗干扰能力强，热特性好。但其压阻曲线的线性差，通常在5GPa以下使用。此外，卸载信号存在滞后现象，其响应时间的分散性也较大。这种碳压阻式传感器从侧面说明了以碳作为敏感材料的压阻式传感器（包括本实验的研究对象碳电阻计）的压阻曲线线形无法与锰铜、镱等相媲美。这也是我们在实验刚开始就料想到的，而真正的原因大概是和碳的物理性质有关：它的多孔性以及碳材料在高压下的相变形式有关[4]。图2.3给出了锰铜、镱和碳三种不同材质的传感器压阻标定曲线的对比[15]。从图中可以明显的看出碳压阻曲线的非线形。尽管该传感器也可以用与冲击波的测量，但价格昂贵，也不是测量冲击波的首选。
图2.3激波引起锰铜、碳和镱电阻变化
虽然碳纳米管并不专门用在高压碳电阻计的设计上，但在微机电系统上，它在进一步减小器件体积和重量,构建超高速、高灵敏度和低功耗器件等方面有着巨大的潜力[16]、[17]。所以近年来碳纳米管在压力传感器方面的应用也逐渐成为人们研究热点之一。本实验主要用的是两种规格的碳电阻器。它们具体参数如表2.1，表2.2所示
表2.1 碳电阻规格（容差5%）
1/2W 1/4W
10Ω 2.5mmDia*7mmL
470Ω 3.8mmDia*10.3mmL 2.5mmDia*7mmL
表2.2 1/4W碳电阻规格（容差5%）
阻值 尺寸
10 Ω 2.4mmDia*6.3mmL
22 Ω 2.4mmDia*6.3mmL
100 Ω 2.4mmDia*6.3mmL
470 Ω 2.4mmDia*6.3mmL
这种电阻器的制作方法十分简单，可能是把磨细的碳粉(一种良好的电导体)与一些非导电性物质混合在一起，然后把这些泥状物做成圆柱状，并在两端插入引线(图2.4)。成品的阻值取决于碳粉和非导电性材料的混合比例，以及两根导电引线之间的距离。非导电性物质通常为酚醛树脂，一种类似于塑料的东西。这样做成的电阻就是碳素(或碳质)电阻器。
图2.4 碳质电阻器的结构
碳质电阻器的阻值可以做得很小，也可以做得很大。这种电阻器的优点是非常好的无电抗性。也就是说它引入电路的几乎是纯电阻，几乎没有电容或电感。这使得碳质电阻器在无线电接收和发射装置中得到广泛应用。碳质电阻器的功耗与它们的个头有关系。我们常用的功耗大多是1/4W或1/2W的。1/8W的电阻器用于小型化，低功耗电路；而1W或2W的电阻器用于电流较大的场合。有时你会看到更大的电阻器，但比较少见。
图2.5碳质电阻器实物
本实验中用的碳电阻器由固体碳（掺杂其他物质）构成，是良好的吸收高能脉冲介质，这些电阻比普通碳膜电阻器更具备抵抗高能脉冲的能力，同时自身的电学性能还相当稳定。但由于电阻器是采用热固工艺制成，不同的电阻值，其内部碳粉混合比例不相同，这会导致冲击波加载时，不同阻值表现出来的动态压力响应有所区别，这也给校准工作带来了不便。
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