一種高動態二維力敏傳感器及其加工方法
2023-05-20 11:16:01 2
專利名稱：一種高動態二維力敏傳感器及其加工方法
技術領域：
本發明涉及壓力傳感器技術領域，具體涉及一種高動態二維力敏傳感器及其加工方法。
背景技術：
目前市場上壓力式傳感器的使用範圍基本在幾公斤到幾百公斤之間。由於技術所限，測量壓力在一公斤左右的力敏傳感器都需要放大電路的配合才能使用，其原因是如果不增加放大電路，力敏傳感器在受到14.7N(l』Kg)的壓力時輸出範圍只有幾十到幾百毫伏，這麼小的信號若要被計算機採集和使用，必須增加放大電路，否則信號無法滿足使用要求。這樣既增加了中間環節的數量，降低了系統的可靠性，又增加了系統的重量，並且電子元器件的使用會讓產品在寬環境溫度範圍內(_55°C-_-+85°C )工作時，溫度漂移大，輸出信號誤差明顯增大。如圖1、2所示，目前常用的測量範圍在0 5Kg壓力的力敏傳感器均採用的是懸臂梁結構，包括移動手柄1、固定螺釘2、彈性梁體3、殼體定位螺釘孔4、殼體5、外接引線6 和應變計7 ；將彈性梁體3的一端固定，在另一端施加外力。按壓帽蓋或移動手柄1可根據用戶需求進行配置，使用者通過對帽蓋的按壓或移動手柄1的扳動將壓力傳遞給彈性梁體3的施力點，使彈性梁體3產生形變，且帶動應變計 7發生形變。彈性梁殼體5與梁體底座8通過螺紋相連接，對內部環境起到保護作用。殼體 5通過定位螺釘孔4與外部設備進行連接固定。內部應變計7的外接引線6通過底座8上的過孔引出。彈性梁殼體5內部結構以及受力形變後如圖2。受到外力的彈性梁體3產生形變，彈性梁體3的底部形變最大，因此目前所有懸臂梁結構的力敏傳感器的應變計7粘貼位置會儘量靠近固定端粘貼。為了使產品在受到輕微外力時應變計的變形達到最大，生產加工過程需要滿足三個基本條件。第一，在外力相同的條件下，彈性金屬的形變儘量大，第二，石英晶體應變計的厚度儘量薄；第三，石英晶體應變計的粘貼長度儘可能長，即應變計的長度越長，形變越大。 若要提高產品的輸出，則需要對上述三個條件進行改進。由於石英晶體原料特點是硬、脆，因此受目前國內加工工藝限制，石英晶體應變計的厚度基本為0. 01mm，所以若要達到形變最大，只能在第一條和第三條中尋求更多的變化。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明提供一種結構簡單，微型化並且測量更加準確的差動變壓器式線位移傳感器及其製作方法。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是一種高動態二維力敏傳感器，包括移動手柄、彈性梁體、殼體、殼體定位螺釘孔、外接引線、電路板、底座和應變計，其特徵在於所述彈性梁體下端中間部分較細，呈對稱雙漏鬥型，彈性梁體外端設置有用於安裝應變計的擴展梁體，所述擴展梁體包括4片設置在彈性梁體外圍的金屬薄板，4片金屬薄板圍合的截面呈正方形，所述擴展梁體上端和彈性梁體連接，所述擴展梁體下端和底座連接。所述應變計為U型。一種高動態二維力敏傳感器的加工方法，包括以下步驟1)篩選應變計將無基底U型應變計，做溫度老化實驗後，選取阻值相近的應變計，將四個阻值接近的應變計，兩兩為一組組成電橋，並按要求對應變計的引出金絲進行整形，使得應變計便於粘貼；2)加工彈性梁體對粗加工的彈性梁體進行熱處理工藝，然後精加工；3)粘貼應變計首先對擴展梁體表面進行打磨和清洗，然後在擴展梁體表面塗刷應變膠，進行固化，固化結束後再塗刷一層應變膠，將整形的應變計準確的貼在擴展梁體上，最後再按應變膠固化工藝進行固化；4)焊接電路板應變計的引出端為金絲，採取銦焊，焊接時溫度控制在250°C 士 10°C ；內部電路聯接為錫焊，最終通過基座底部引出引線；5)殼體組裝彈性梁體底座有用於旋轉的盲孔，用專用工具夾住盲孔，將殼體與彈性梁體底座擰緊。本發明與現有技術相比具有以下優點在外形尺寸非常小的情況下，無需放大電路，就可以使二維力敏傳感器輸出較大信號供後續電路使用，從而使產品可靠性大大提高。
圖1為常用微型力敏傳感器的結構示意圖。
圖2為常用微型力敏傳感器的彈性梁與應變計結構示意圖。 圖3為本發明二維力敏傳感器的彈性梁體的剖視圖。圖4為本發明二維力敏傳感器的彈性梁體的主視圖。 圖5為圖4的C-C剖面結構示意圖。附圖標記說明1-移動手柄；2-固定螺釘；3-彈性梁體；4-殼體定位螺釘孔；5-殼體；6-外接引線；7-應變計；
8-基座；9-擴展梁體；
具體實施例方式如圖3、圖4和圖5所示二維力敏傳感器，彈性梁體3的結構與以往有較大差異，將原來粘貼應變計7位置的彈性梁體3的截面變細，呈對稱雙漏鬥型，這樣可以大大增加該部分的形變。擴展梁體9包括4片沿彈性梁體3的軸向設置在彈性梁體3外圍的金屬薄板，4 片金屬薄板圍合的截面呈正方形。將應變計7粘貼在擴展梁體9的金屬薄板上，由於金屬薄板可以研磨的很薄，因此在彈性梁體3彎曲時不會產生較大抗力。而擴展梁體9的應變計7粘貼位置寬度要顯著大於老式彈性梁體3。這樣就為應變計7進行改進創新打下了基礎。擴展梁體9上端固定在彈性梁體3上，下端和基座8連接。為了使石英晶體應變計7的應變長度增長，就要充分利用擴展梁體9金屬粘貼面的寬度和長度，本發明的擴展梁體9的應變計7粘貼面積要大於目前通用的彈性梁體3面積。由於粘貼面積增寬，將長條型應變計7加工成U型應變計，此種設計可以將應變計 7的形變長度增加60% 80%，在受到相同外力按壓時U型應變計的有效形變率比長條形應變計的有效變化率大60% 80%，因此應變計7兩端的電壓值的變化也大大增加。下面以生產一隻如下參數的高動態力敏傳感器為例，詳細說明本發明的生產過程。
權利要求
1.一種高動態二維力敏傳感器，包括移動手柄、彈性梁體、殼體、殼體定位螺釘孔、外接引線、電路板、底座和應變計，其特徵在於所述彈性梁體下端中間部分較細，呈對稱雙漏鬥型，彈性梁體外端設置有用於安裝應變計的擴展梁體，所述擴展梁體包括4片設置在彈性梁體外圍的金屬薄板，4片金屬薄板圍合的截面呈正方形，所述擴展梁體上端和彈性梁體連接，所述擴展梁體下端和底座連接。
2.根據權利要求1所述的一種高動態二維力敏傳感器，其特徵在於所述應變計為U型。
3.一種高動態二維力敏傳感器的加工方法，其特徵在於包括以下步驟1)篩選應變計將無基底U型應變計，做溫度老化實驗後，選取阻值相近的應變計，將四個阻值接近的應變計，兩兩為一組組成電橋，並按要求對應變計的引出金絲進行整形，使得應變計便於粘貼；2)加工彈性梁體對粗加工的彈性梁體進行熱處理工藝，然後精加工；3)粘貼應變計首先對擴展梁體表面進行打磨和清洗，然後在擴展梁體表面塗刷應變膠，進行固化，固化結束後再塗刷一層應變膠，將整形的應變計準確的貼在擴展梁體上，最後再按應變膠固化工藝進行固化；4)焊接電路板應變計的引出端為金絲，採取銦焊，焊接時溫度控制在250°C 士 10°C ；內部電路聯接為錫焊，最終通過基座底部引出引線；5)殼體組裝彈性梁體底座有用於旋轉的盲孔，用專用工具夾住盲孔，將殼體與彈性梁體底座擰緊。
全文摘要
本發明涉及一種高動態二維力敏傳感器，包括移動手柄、彈性梁體、殼體、電路板、底座和應變計，所述彈性梁體下端中間部分較細，呈對稱雙漏鬥型，彈性梁體外端設置有用於安裝應變計的擴展梁體，所述擴展梁體包括4片設置在彈性梁體外圍的金屬薄板，4片金屬薄板圍合的截面呈正方形，所述擴展梁體上端和彈性梁體連接，所述擴展梁體下端和底座連接。加工步驟包括篩選應變計，加工彈性梁體，粘貼應變計，粘電路板及焊接內部電路，殼體組裝。本發明高動態二維力敏傳感器在外形尺寸非常小的情況下，無需放大電路，就可以使二維力敏傳感器輸出較大信號供後續電路使用，從而使產品可靠性大大提高。
文檔編號G01L1/18GK102175360SQ201110026039
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者李威, 梁鋒, 王衛斌, 韋林 申請人:西安旭彤電子科技有限公司