專利名稱：一種電容型力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，特別提供了一種電容型力傳感器。
目前力傳感器主要以電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器為主，它主要包括彈性敏感元件和電阻應(yīng)變計(jì)兩個(gè)部分。電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，被測(cè)的力首先轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值，然后通過電阻應(yīng)變計(jì)同步地轉(zhuǎn)換為力的變化。利用此原理可以制成測(cè)量重量、力、壓力、加速度、位移和扭矩的各種物理量的傳感器。按照彈性體結(jié)構(gòu)的不同，電阻應(yīng)變式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)有柱式彈性體、環(huán)式彈性體、梁式彈性體、剪切應(yīng)力型彈性體、扭環(huán)式彈性體、力標(biāo)機(jī)用高精度彈性體、多分量力傳感器彈性體等，種類較多，但一些問題仍未得到很好地解決。其精度受到滯后、蠕變及溫度的影響較大，難以在較惡劣的環(huán)境中工作，同時(shí)對(duì)彈性體、應(yīng)變計(jì)及粘貼工藝等要求嚴(yán)格。電容型傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度系數(shù)高，具有良好的動(dòng)態(tài)性能，能經(jīng)受很大的溫度變化及輻射等惡劣環(huán)境條件，被廣泛應(yīng)用于壓力、位移、振動(dòng)、液位等參量的測(cè)量，是目前壓力傳感器的主要形式之一。美國(guó)專利4448085,4649759,4558600,4463614等報(bào)道電容型力傳感器，這些傳感器基本上沿用了傳統(tǒng)應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)，由兩塊鍍有電極的彈性體通過焊接的方法連接到一起。
本發(fā)明的目的在于提供一種電容型力傳感器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，并且具有很高的靈敏度。
本發(fā)明提供了一種電容型力傳感器，由彈性體和電容組成，其特征在于彈性體(20)為中空的管狀結(jié)構(gòu)；彈性體(20)的端部設(shè)置有上、下蓋(30)(40)，電容安置于彈性體(20)中，并且電容上電極(70)與上蓋(30)固接，電容下電極(80)與下蓋(40)固接。
本發(fā)明中所述彈性體(20)可以是在體壁上開有1～10根5～1000μm寬螺旋線的剛性管狀體，螺旋線的總?cè)?shù)1～30整數(shù)圈；彈性體(20)的剖面可以為圓形，或多邊形；彈性體(20)的材料可以是金屬、陶瓷或石英；螺旋線的總?cè)?shù)最好是1～10整數(shù)圈。所述電容可以為變間距型、變面積型或變介質(zhì)型。
本發(fā)明管狀彈性體端部受力，彈性體沿軸向產(chǎn)生彈性變形，使彈性體中電容隨外力大小和方向的變化而變化，從而通過測(cè)量電容值得到外力的大小和方向。為提高傳感器的靈敏度，管狀彈性體被切割出一條線寬在5～1000μm左右的螺旋線。通過改變螺旋線的螺距、線寬、螺旋圈數(shù)等參數(shù)及選擇不同壁厚、材料、尺寸的彈性體可以方便地設(shè)計(jì)傳感器的量程、靈敏度等指標(biāo)。
總之，本發(fā)明電容型傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，易于加工和質(zhì)量控制，易于形成批量生產(chǎn)。測(cè)量電容被屏蔽在金屬?gòu)椥泽w中，避免了外界的電磁干擾。同時(shí)通過選擇不同彈性體材料、壁厚、螺旋線螺距等可以方便地調(diào)節(jié)傳感器的量程和其他性能。彈性體螺旋線可以采用激光加工的方法制備，由于激光可以方便地加工陶瓷、石英等，可以采用陶瓷或石英作彈性體。由于陶瓷和石英具有非常小的蠕變和滯后，可以制備更高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的傳感器。對(duì)多邊形彈性體可以采用常規(guī)加工工藝加工成板材，然后通過焊接工藝連接在一起。
下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為平板電容型力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為管狀電容型力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為Ⅰ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為Ⅱ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為Ⅲ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為Ⅳ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7為Ⅴ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖8為Ⅵ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖9為Ⅶ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖10為Ⅷ型彈性體結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1如圖1所示，電容型力傳感器10由彈性體20、上蓋30、下蓋40、電容上電極、電容下電極等組成。彈性體20用激光切割的方法加工出一條圈數(shù)為二的螺旋線(見圖4)，或者其他形狀如圖3～10所示。上蓋30和下蓋40中心處有圓形凸起和開孔130、140。圓形凸起分別用于連接電容上電極的連接管50和下電極的連接管60。開孔130用于連接上電極引線110，開孔140用于連接下電極引線120。上電極包括連接管50、平板電極70，平板電極選用陶瓷等絕緣材料制成，上鍍有導(dǎo)電膜90。下電極包括連接管60、平板電極80，平板電極選用陶瓷等絕緣材料制成，上鍍有導(dǎo)電膜100。平板電極70有凸起用于連接連接管50，平板電極80有凸起用于連接連接管60。連接管50與上蓋30和平板電極70、連接管60與上蓋40和平板電極80等連接采用低溫釬焊的方法連接。上蓋30、下蓋40與彈性體20采用熱影響區(qū)小的激光焊接、微束等離子焊接等工藝連接。被測(cè)的力加在上蓋30，電容的變化通過引線110、引線120與測(cè)試電路連接，傳感器有非常高的靈敏度。
實(shí)施例2如圖2所示，電容型力傳感器10由彈性體20、上蓋30、下蓋40、電容上電極、電容下電極等組成。彈性體20用激光切割的方法加工出一條圈數(shù)為二的螺旋線(見圖4)，或者其他形狀如圖3～10所示。上蓋30和下蓋40中心處有圓形凸起和開孔130、140。圓形凸起分別用于連接電容上電極70和下電極80。開孔130用于連接上電極引線110，開孔140用于連接下電極引線120。電容為管狀變面積型，包括上電極70和下電極80。上電極70與上蓋30、下電極80與下蓋等采用低溫釬焊的方法連接。上蓋30、下蓋40與彈性體20采用熱影響區(qū)小的激光焊接、微束等離子焊接等工藝連接。被測(cè)的力加在上蓋30，電容的變化通過引線110、引線120與測(cè)試電路連接，傳感器電容變化與被測(cè)的力有非常好的線形關(guān)系。
權(quán)利要求
1．一種電容型力傳感器，由彈性體和電容組成，其特征在于彈性體(20)為中空的管狀結(jié)構(gòu)；彈性體(20)的端部設(shè)置有上、下蓋(30)(40)，電容安置于彈性體(20)中，并且電容上電極(70)與上蓋(30)固接，電容下電極(80)與下蓋(40)固接。
2．按照權(quán)利要求1所述電容型力傳感器，其特征在于所述彈性體(20)是在體壁上開有1～10根5～1000μm寬螺旋線的剛性管狀體，螺旋線的總?cè)?shù)1～30整數(shù)圈。
3．按照權(quán)利要求1或2所述電容型力傳感器，其特征在于彈性體(20)的剖面為圓形，或多邊形。
4．按照權(quán)利要求2所述電容型力傳感器，其特征在于螺旋線的總?cè)?shù)1～10整數(shù)圈。
5．按照權(quán)利要求1或2所述電容型力傳感器，其特征在于電容為變間距型、變面積型或變介質(zhì)型。
6．按照權(quán)利要求3所述電容型力傳感器，其特征在于電容為變間距型、變面積型或變介質(zhì)型。
7．按照權(quán)利要求1或2所述電容型力傳感器，其特征在于彈性體(20)的材料是金屬、陶瓷或石英。
8．按照權(quán)利要求3所述電容型力傳感器，其特征在于彈性體(20)的材料是金屬、陶瓷或石英。
全文摘要
一種電容型力傳感器,由彈性體和電容組成,其特征在于:彈性體(20)為中空的管狀結(jié)構(gòu);彈性體(20)的端部設(shè)置有上、下蓋(30)(40),電容安置于彈性體(20)中,并且電容上電極(70)與上蓋(30)固接,電容下電極(80)與下蓋(40)固接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工,并且具有很高的靈敏度。
文檔編號(hào)G01L9/12GK1300936SQ99122648
公開日2001年6月27日 申請(qǐng)日期1999年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者趙巖, 郝傳勇, 張柄春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所