Датчик силы и способ его изготовления Советский патент 1990 года по МПК G01L1/20 H01C10/10 

изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для определения усилий взаимодействия тел при непосредственном контакте с датчиком.

Целью изобретения является повышение точности и улучшение эксплуатационных характеристик резистивного элемента.

На фиг. 1 схематично показан предлагаемый датчик; на фиг. 2 - электроды, вид сверху; на фиг. 3 - различные варианты исполнения электродов; на фиг. 4 - датчики с различными способами крепления; на фиг. 5 выполнение подводящих проводов.

Датчик состоит из проводящих проводов 1, изоляционной оболочки 2, электродов 3, резистивного элемента

4,жесткой диэлектрической подложки

У

5.Электроды 3 (фиг. 2 и 3) выполнены

:0 в одной плоскости в виде двух систем, причем каждая из них состоит из проND

водящего .непрерывного (соответственно 6 и 7) и соединенных с ним проводящих незамкнутых участков 8- и 9, ( расположенных на диэлектрической подложке 3 так, что ни один из участ-. ков одной системы не контактирует с подводящими проводами. Участки 6 и 7 соединены с, подводящими проводами.

Каждая из систем 6, 8 и 7, 9, образующих электроды 3, может быть выполнена как в виде ряда параллельных полос 8 и 9, перпендикулярных непрерывными 6 и 7 (фиг. 2), так и в виде радиальных полос (фиг. 3).. Ширина полос и их конфигурация выбраны таким

образом, чтобы края этих полос бьши равноотстоящими от соседних элементов а расстояние было постоянным по всей их длине.

Признак постоянства )необходим для того, чтобы при одинаковом давлении в разных точках поверхности возникало одинаковое изменение сопротивления. На поверхности электродов 3 нанесен резистивный элемент 4, этим же материалом заполнено межэлектродное пространство. В качестве такого материала можно применить вещества, изменяющие свое удельное сопротивление под нагрузкой, легко формируемые обладающие достаточной адгезией с материалом электродов и хорошо заполняющие межэлектродное пространство.

Конструктивно датчик может быть выполнен, как это указано на фиг. 1, с отдельными выводами подводящих проводов 1. Однако такая конструкция электродов делает возможным располохсение подводящих проводов в плоскости подложки (фиг. 2), а соединение их выполнить в виде штырькового разъема

10(фиг. 4) или контактных площадок

11(фиг. 5), расположенных в теле рабочего органа 13. Датчик по своему принципу действия относится к пьезорезистивному типу.

Датчик работает следующим образом

Под дер1ствием силы, воздействующей через оболочку 2 на резистивный элемент 4, расположенный на и между электродами 3, изменяется (уменьшается) удельное сопротивление резистивного элемента 4. Это изменение регистрируется двумя системами 6 и 7, 8 и 9 распределенных эле родов как общее изменение (уменьшение) сопротивления, либо силы тока при подключении через подводящие провода 1, штекерный разъем 10, либо контактные площадки 11 к источнику ЭДС.

Увеличение числа таких элементов 8 и 9 на единицу длины и уменьшение их шурины приводит к уменьшению влияния точки приложения силы ,на сопротивление датчика в целом..

Процесс получения резистивного элемента 4 может быть обобщен следую1ПЛМИ этапами: получение порошков полупроводника и проводящего наполнителя, получение жидкой фазы основы перемешивание в определенной концент- , рации, нанесение смеси на электроды

с подложкой, термообработка под давлением и воздействием электрических и магнитных полей.

Термообработка под давлением и воздействием электрических и магнитных полей проводится при температуре вулканизации для резиновой основы или полимеризации для полимерной основы. Время выдержки этой температуры соответствует времени вулканизации или полимеризации основы. Давление же выбирается таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны полупроводника-наполнителя под этим давлением бьша меньше, чем произведение температуры вулканизации, умноженойна Достоянную Больцмана, т.е..

Е(Р) kT.

Например, для основы из полипропилен высокого давления давление полимеризации равно ,8 мПа.

I

Воздействие электростатическим

полем производится следующим образом Выбирается, например, электростатическое поле, перпендикулярное плоскости электродов. Величина этого поля должна составить значение напряженноети поля ударной ионизации для данного полупроводника (Е см). Электроны, ускоренные этим полем, приобретают значительную скорость, а под воздействием магнитного поля ( Тл), они совершают круговые движения в плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, что обеспечивает процессы движения заряженньп частиц полупроводника, а как следствие равномерное распределение по о.бъему частиц. Многократное повторение воздействий электрического и магнитного полей приводит к желаемым результатам по равномерности распределения свойств по всей площади чувствительного элемента. Наилучший эффект будет при условии, если электростатическое поле перпендикулярно плоскости электродов и магнитному полю.

Формула изобр е т е и и я

1. Датчик силы, содержащий изолирующую оболочку, диэлектрическую подложку, резистивный элемент, электроды, расположенные в одной плоскости,отличающийся тем. 5. что, с целью повышения точности измерения, каждый из электродов состоит из проводящего непрерывного и соединенных с ним проводящих незамкнутых участков, причем каждый из проводящих незамкнутых участков одного электрода расположен между про водящими незамкнутыми участками дру гого электрода с зазором, а резисти ный слой нанесен на поверхность и в промежутках проводящих непрерывных и незамкнутых участков. 2.Датчик поп.1,отличающ и и с я тем, что проводящие непр рывные и незамкнутые участки электр дов выполнены равноотстоящими друг от друга в любой точке. 3.Датчик ПОП.1, отличающийся тем, что в резистивный 5/2/ Фиг. 1 i 6 элемент, состоящий из диэлектрической основы и-проводникового наполнителя, дополнительно включен полупроводниковый наполнитель. 4. Способ изготовления резистианого элемента датчика силы включающий приготовление порошков наполнителей, получение жидкой фазы основы, приготовление смеси в требуемой концентрации перемешиванием основы и наполнителей, нанесение смеси на электроды и подложку, термообработку под давлением, отличающийс я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик резистивного элемента, дополнительно во время термообработки воздействуют взаимно перпендикулярными магнитным и электрическим полями. 8 S 8 7999 Фие.2

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для определения усилий взаимодействия тел при непосредственном контакте с датчиком. Целью изобретения является повышение точности измерения силы. При действии силы оболочка 2 деформирует резистивный элемент 4, расположенный на электродах 3 и между ними. Электроды выполнены в виде равноотстоящих друг от друга систем проводящих элементов. Изменение удельного сопротивления элемента 4 регистрируют по изменению тока между электродами 3. Резистивный элемент 4 выполнен из диэлектрической основы и наполнителя, содержащего проводниковые и полупроводниковые компоненты. При полимеризации резистивного слоя он подвергался воздействию взаимно-перпендикулярных электрического и магнитного полей. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Фиг. 5

10

10 If

/3

ФигМ

Фиг. 5 11