摘要

KFHB是日本共和電業（KYOWA）推出的高溫用箔式應變片系列，最高使用溫度達250 oC。該系列采用高耐熱聚酰亞胺樹脂基底與Ni-Cr系合金箔敏感柵的組合設計，在10～250 oC范圍內實現自動溫度補償，有效降低高溫環境下的熱輸出誤差。KFHB提供單軸（C1）和三軸0°/90°/45°（D25）兩種柵型配置，涵蓋120 Ω和350 Ω兩種電阻規格，柵長從0.2 mm至5 mm共五檔可選，并可根據被測材料線膨脹系數選擇11、16、23三種補償標號。配合PC-600或PI-32高溫粘合劑，該系列可在-196～250 oC的寬溫域內穩定工作，適用于高溫結構應力測試、材料性能評估及航空航天等領域的應變測量。本文從產品定位、材料設計、核心技術規格、自溫度補償原理、安裝工藝、選型指南及典型應用等維度，對該系列進行系統技術解析。

1 產品定位與系列概覽

KFHB系列是KYOWA高溫箔式應變片產品線中的250 oC等級產品，定位于需要在室溫至250 oC范圍內進行靜態或動態應變測量的應用場景。在KYOWA的高溫應變片產品矩陣中，KFHB處于中等溫度段：更低溫度段有KFGS等通用型應變片，更高溫度段則有KFU系列（約350 oC）和KHC等點焊式高溫應變片（可達500 oC以上）。

KFHB的核心設計理念是在箔式應變片的成熟制造工藝基礎上，通過材料選型和補償技術實現高溫環境下的可靠測量。其基底采用高耐熱聚酰亞胺樹脂，敏感柵采用Ni-Cr系合金箔，兩者結合使應變片在250 oC下仍能保持穩定的應變傳遞效率和電氣性能。

2 材料設計與工作原理

2.1 基底材料

KFHB的基底采用高耐熱性聚酰亞胺（Polyimide）樹脂薄膜。聚酰亞胺分子鏈中的芳香環和酰亞胺環結構賦予其優異的熱穩定性，在250 oC下長期使用不會發生明顯的熱降解或力學性能劣化。該基底同時承擔電氣絕緣和應變傳遞的雙重功能——在確保敏感柵與試件之間絕緣電阻滿足測量要求的同時，將試件表面的應變高效傳遞至敏感柵。

2.2 敏感柵材料

敏感柵采用Ni-Cr系合金箔制造。Ni-Cr合金具有較高的電阻率和適中的電阻溫度系數，其電阻-溫度關系在寬溫域內表現出良好的線性特征。相較于Cu-Ni系合金（康銅），Ni-Cr合金在高溫下的抗氧化性和電阻穩定性更為優異，這是KFHB能夠實現250 oC高溫測量的關鍵材料基礎。同時，Ni-Cr合金箔的電阻溫度系數經過配方優化后，可與聚酰亞胺基底的熱膨脹行為形成匹配，從而降低熱輸出。

2.3 自溫度補償機制

KFHB具備10～250 oC范圍內的自溫度補償功能。其原理是：通過精確控制敏感柵合金的電阻溫度系數，使其與基底-粘合劑-試件系統的熱膨脹行為相互抵消。當環境溫度變化時，敏感柵自身電阻隨溫度的變化量恰好與因試件熱膨脹導致敏感柵產生的表觀應變量相抵消，從而將表觀應變控制在較低水平。

KFHB提供三種補償標號：11、16、23，分別對應三種不同的適用線膨脹系數（×10??/oC）。用戶需根據被測材料的線膨脹系數選擇相應的補償標號：

補償標號選擇正確時，在補償溫度范圍內表觀應變平均值可控制在±1.8×10??應變量/oC以內（代表值）。若補償標號與被測材料不匹配，溫度漂移將顯著增大。

3 核心技術規格

KFHB系列的完整技術規格如下表所示：

應變系數在250 oC時降至約1.9，與室溫值2.0相比約有5%的衰減。這一變化在高精度測量中應予注意，可通過在測量系統中采用溫度相關的應變系數修正來補償。

4 型號體系與規格選型

4.1 型號命名規則

KFHB的型號編碼遵循KYOWA的統一命名體系，以KFHB-5-120-C1-11為例：

4.2 單軸型（C1）規格

KFHB單軸型提供120 Ω和350 Ω兩種電阻規格，柵長從0.2 mm至5 mm共五檔可選：

350 Ω規格的柵長和基底尺寸與120 Ω版本略有不同，用戶可參考KYOWA目錄或產品數據頁獲取完整尺寸信息。

4.3 三軸型（D25）規格

KFHB還提供三軸0°/90°/45°平面配置（型號后綴D25）的應變花，用于需要同時測量三個方向應變的復雜應力場分析。典型型號如KFHB-1-120-D25，其敏感柵尺寸為1 × 1.5 mm，基底為直徑φ8 mm的圓形聚酰亞胺基底，標稱電阻120 Ω，采用三個敏感柵以0°/45°/90°方向布置，可測量主應力方向未知的平面應力狀態。

4.4 導線配置

KFHB的導線采用氟化樹脂涂層的高低溫3線式電纜，工作溫度范圍為-196～250 oC。提供多種長度規格：15 cm、30 cm、1 m、3 m、5 m。導線型號分為A型和F型兩種：A型為氟化樹脂涂層3線式電纜，F型為氟化樹脂涂層3線式電纜（L-3），兩者的導線部分均用玻璃纖維膠帶進行絕緣和補強。

訂購時需在型號名稱末尾空開一個字符后加上導線代碼。例如，KFHB-5-120-C1-11配5 m長3線式高低溫氟化樹脂線時，型號為KFHB-5-120-C1-11 A5M3。若未標注導線代碼，則僅提供25 mm長的進階絲線。

5 安裝工藝與粘合劑選型

5.1 粘合劑選擇

KFHB的使用溫度范圍高度依賴于所選粘合劑的固化后耐溫性能。KYOWA推薦以下三種粘合劑：

PC-600適用于從低溫到中高溫的廣泛測量場景，固化條件相對溫和。PI-32則專為高溫應變測量設計，其固化過程需要在100 oC下加壓1小時、200 oC下加壓2小時，隨后在使用溫度下無壓加熱2小時；若難以加熱至200 oC，可將“200 oC下2小時"改為“160 oC下5小時"，其余條件不變。選擇PI-32時需確保固化溫度不超過被測構件的耐溫極限。

5.2 安裝工藝要點

KFHB的安裝需遵循標準應變片粘貼工藝，并針對高溫應用做特殊處理：

表面處理：安裝前需清理被測表面，去除油污和氧化層，確保應變片與構件緊密貼合。對于高溫應用，建議在打磨后使用專用表面處理劑進行清潔。

粘貼與固化：使用PC-600或PI-32粘合劑，按照對應固化條件完成粘貼。固化過程中的加壓有助于排除粘合劑層中的氣泡，提高應變傳遞效率。

導線固定：導線部分需用玻璃纖維膠帶進行絕緣和補強固定，避免高溫環境下導線松動引入測量噪聲。

防護處理：對于高溫高濕或腐蝕性環境，建議對應變片和導線進行額外的防護處理。

6 典型應用場景

KFHB的250 oC高溫能力和自溫度補償特性使其適用于以下典型場景：

高溫結構應力測試：在熱力管道、鍋爐、熱交換器等高溫運行設備的結構應力監測中，KFHB可直接粘貼于被測構件表面，在10～250 oC的工作溫度范圍內持續采集應變數據。KYOWA將高溫應變片的典型應用列為燃氣輪機葉片、航空發動機渦輪、預熱器與熱處理爐、石化反應器及耐熱合金等物理性能的掌握。

材料高溫性能評估：在耐熱合金、陶瓷基復合材料等新材料的高溫力學性能測試中，KFHB可用于測量試件在高溫加載條件下的應變響應。0.2 mm至1 mm的短柵長規格特別適合應變梯度較大的區域。

汽車與航空發動機測試：在發動機零部件的高溫疲勞和蠕變試驗中，KFHB的250 oC能力覆蓋了多數發動機外圍部件的工作溫度范圍。對于更高溫度區域（如渦輪葉片本體），則需要選用KHC等點焊式高溫應變片。

熱循環與熱沖擊測試：在需要經歷多次熱循環的試驗中，KFHB的自溫度補償功能和穩定的基底材料能夠保證多次循環后測量數據的可重復性。

7 選型指南

7.1 關鍵選型步驟

第一步：確認溫度范圍。KFHB的使用溫度上限由粘合劑決定——PC-600或PI-32為250 oC，EP-34B為200 oC。若實際工作溫度超過250 oC，應考慮KFU系列或其他高溫應變片類型。

第二步：匹配補償標號。根據被測材料的線膨脹系數選擇11、16或23。補償標號選擇不當將導致顯著的測量誤差。若被測材料為未知合金或復合材料，建議先進行熱輸出試驗確定最佳補償標號。

第三步：選擇柵長。柵長選擇需綜合考慮以下因素：應變梯度較大的區域應選擇較短柵長（0.2～1 mm）；表面粗糙或存在微裂紋的材料宜選用較長柵長（2～5 mm）以獲得平均應變；動態測量中，柵長應遠小于應變波波長。

第四步：確定電阻值。120 Ω為通用規格，適用于多數應變采集系統；350 Ω在長導線傳輸時具有更好的信噪比，適合導線長度較大的應用。

第五步：選擇導線配置。根據應變片到采集儀之間的距離選擇導線長度（15 cm～5 m），導線過長時應注意引線電阻對電橋平衡的影響。

第六步：選擇粘合劑。根據實際工作溫度上限和固化條件選擇PC-600、PI-32或EP-34B。

7.2 使用時間注意事項

KFHB在不同溫度下的推薦連續使用時間存在差異。型號后部編號為11的應變片在250 oC下可使用24小時，在200 oC下可使用120小時；后部編號為16和23的應變片在250 oC下推薦使用12小時，200 oC下為120小時。這些時間限制反映了長期高溫暴露可能導致粘合劑層性能逐漸衰減、基底材料蠕變以及敏感柵合金電阻漂移的綜合效應。對于需要數百小時連續監測的長期應用，應評估在目標溫度下使用時間衰減后測量精度的可接受性，或選用更高溫度等級的應變片以降低工作溫度與額定溫度之間的比率。