ГРУППОВОЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ СИЛЫ Российский патент 2023 года по МПК H01L21/48 G01L1/22 

Изобретение относится к технологии изготовления групповым способом тензорезисторных датчиков силы.

Известен способ изготовления тензорезисторных датчиков силы, заключающийся в том, что заготовки упругих элементов собирают в отдельный блок, производят его механическую и термическую обработку, закрепляют на нем матрицу тензорезисторов и разделяют блок на отдельные датчики [1]. Способ технологичен и прост, но не позволяет изготавливать групповым способом датчики с упругими элементами на основе параллелограммных механизмов, состоящих из двух идентичных параллелограммов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ серийного изготовления тензорезисторных датчиков силы» [2]. Он перспективен во всех отношениях, но также не лишен вышеуказанного недостатка.

Целью изобретения является возможность изготовления групповым способом тензорезисторных датчиков с упругими элементами на основе параллелограммных механизмов, состоящих из двух идентичных параллелограммов в монолитном исполнении. Такая конструкция позволяет создавать помехозащищенные от паразитных сил, изгибающих и крутящих моментов стабильные и надежные датчики высокой точности.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе механической обработки блока заготовок на расстоянии, равном половине ширины упругого элемента, и параллельно оси симметрии балок на расстоянии, большем половины длины балки, с шагом, равным ширине заготовки, изготавливают сквозные технологические отверстия, перпендикулярные рабочей поверхности блока, и на их основе П-образные сквозные пазы, освобождающие балки параллелограммов из монолитного блока, и те, что расположены вдоль балок, делают длиннее балок и объединяют через технологические отверстия перпендикулярными им третьими пазами, проходящими через технологические отверстия параллельно оси симметрии балок, формируя из монолитно объединенных параллелограммов параллелограммные механизмы с сило-приемными узлами, расположенными между параллелограммами; изготавливают матрицу тензорезисторов так, чтобы при ее наклейке на блок заготовок пары тензорезисторов располагались симметрично относительно продольных осей балок и симметрично их оси симметрии, наклеивают ее на блок и с одинаковым шагом разделяют его на отдельные датчики. Таким образом, в каждом датчике формируется параллелограммный механизм, состоящий из двух симметрично расположенных одинаковых параллелограммов.

В матрице на последнем этапе ее изготовления для освобождения контактных узлов при ее наклейке, вырезают окна, по площади равные площади П-образных пазов, а тензорезисторы, которые расположены в вырезанных окнах, разделяют на пары или дискретно и в дальнейшем используют для создания датчиков с упругими элементами любых типов.

За один цикл в зависимости от длины блока L и шага разделки h могут быть изготовлены несколько идентичных датчиков с параллелограммным механизмом в каждом.

На Фиг. 1 показан групповой способ изготовления тензорезисторных датчиков силы с упругими элементами в форме параллелограммных механизмов.

На Фиг. 2 - датчик силы с одним из вариантов сечения параллелограмма.

На Фиг. 1, 2 использованы следующие обозначения: L - длина блока заготовок упругих элементов; h - шаг разделки блока на отдельные датчики; П - сквозные «П»-образные пазы; П1, П2 - параллелограммы параллелограммных механизмов; (а-а)-продольные оси балок параллелограммов; (О-О)-ось симметрии балок параллелограммных механизмов; 1 - сквозные технологические отверстия; 2 - силовводящие узлы; 3 - участок матрицы, где для наглядности она показана без вырезанного окна; F - измеряемая сила; R1, R2, R3, R4 – тензорезисторы.

Способ реализуется следующим образом: две идентичные, одинаково профилированные ленты, например, из стали 40X13 с помощью диффузионной сварки соединяются в монолитный блок упругих элементов. Затем, с шагом равным ширине заготовки, изготавливают сквозные технологические отверстия перпендикулярные рабочей поверхности блока, диаметром, например, 3 мм и на их основе П-образные сквозные пазы, например, электроискровым методом, два из которых, что вдоль балок, делают длиннее балок, эти пазы объединяют третьими пазами, формируя из монолитно-объединенных параллелограммов параллелограммные механизмы с сило-приемными узлами, расположенными между параллелограммами.

На изолирующей подложке, например, из полиамидной смолы ПАИ-2И с закрепленной на ней фольгой, например, из константана изготавливают матрицу тензорезисторов, чтобы продольные оси тензорезисторов при ее наклейке совпадали с продольными осями балок и были симметричны относительно оси симметрии балок. В матрице, для освобождения силовводящих узлов, на одном из последних этапов ее изготовления формируют окна, по площади равные площади П-образных пазов, а тензорезисторы, которые освобождаются при этом, предварительно разделив их на пары или дискретно, в дальнейшем используют по прямому назначению для датчиков с любыми типами упругих элементов. Матрицу с окнами наклеивают на блок и его с одинаковым шагом разделяют на датчики.

В сравнении с известными, предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

1. Позволяет упростить технологию изготовления монолитных параллелограммных механизмов, так как для этого требуется изготовить неглубокие «П»-образные пазы и разделить блок на элементы, что позволит снизить энергозатраты.

2. Пазы небольшой глубины позволяют расширить арсенал методов их изготовления: фрезерование, лазерный луч, ультразвуковой, электроискровой, электроэрозионный способы и т.д.

3. Предложенный способ может быть автоматизирован.

Источники информации, принятые при экспертизе:

1. Авт. Свидетельство СССР №1118876, Кл. G01L 1/ 22, 1984, БИ №38.

2. Авт. Свидетельство СССР №1506306, Kл. G01L 1/ 22, 1989, БИ №33.

Изобретение относится к приборостроению, в частности для изготовления групповым способом точных, помехозащищенных тензорезисторных датчиков силы с параллелограммными механизмами. Параллельно оси симметрии балок с одинаковым шагом в блоке заготовок упругих элементов изготавливают сквозные отверстия, на их основе - сквозные П-образные пазы, формируя монолитные параллелограммные механизмы, состоящие из двух параллелограммов и сило-приемных узлов. Изготавливают матрицу тензорезисторов, делая в ней окна для освобождения сило-приемных узлов, после чего наклеивают ее на балки параллелограммов, и разделяют блок на отдельные датчики. Тензорезисторы, освобожденные после создания окон, после их разделения парами или дискретно используются при создании тензорезисторных датчиков с любыми типами упругих элементов. Технический результат – обеспечение возможности изготовления групповым способом тензорезисторных датчиков на основе параллелограммных механизмов, состоящих из двух идентичных параллелограммов в монолитном исполнении; помехозащищенность от паразитных сил, изгибающих и крутящих моментов, стабильность и надежность датчиков высокой точности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Групповой способ изготовления тензорезисторных датчиков параллелограммного типа, заключающийся в наклейке на рабочую поверхность блока заготовок упругих элементов матрицы тензорезисторов и разделке блока заготовок упругих элементов на отдельные датчики, отличающийся тем, что на расстоянии, равном половине ширины заготовки упругого элемента, и параллельно оси симметрии балок на расстоянии, большем половины длины балки, с шагом, равным ширине заготовки упругого элемента, изготавливают сквозные технологические отверстия, перпендикулярные рабочей поверхности блока заготовок упругих элементов, и на их основе П-образные сквозные пазы, освобождающие балки параллелограммов из монолитного блока, и те пазы, что расположены вдоль балок параллелограммов, делают длиннее балок и объединяют их перпендикулярными им третьими пазами, проходящими через технологические отверстия параллельно оси симметрии балок, формируя из монолитно-объединенных параллелограммов параллелограммные механизмы с сило-приемными узлами между параллелограммами; изготавливают матрицу тензорезисторов так, чтобы при ее наклейке пары тензорезисторов располагались симметрично относительно продольных осей балок и симметрично их оси симметрии, наклеивают матрицу на блок заготовок упругих элементов и с одинаковым шагом разделяют его на отдельные датчики.

2. Групповой способ изготовления тензорезисторных датчиков по п. 1, отличающийся тем, что на последнем этапе изготовления матрицы в ней формируют окна, по площади равные площади П-образных пазов, а тензорезисторы, которые освобождаются при этом, предварительно разделив на пары или дискретно, используют по прямому назначению для датчиков с упругими элементами любых типов.