[發(fā)明專利]高性能陶瓷張力傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110443206.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102539034A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐興才;徐雷;沈永紅;江波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫市中昊微電子有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高性能陶瓷張力傳感器。

背景技術(shù)：

眾所周知，張力傳感器是一種應(yīng)用范圍廣闊的力敏傳感器。目前國(guó)內(nèi)外所應(yīng)用的各種張力傳感器幾乎都采用電阻應(yīng)變片組成的力敏傳感元件。實(shí)際上電阻應(yīng)變片是由非晶半導(dǎo)體芯片或由0.02-0.05mm金屬絲繞成柵狀或由金屬膜片腐蝕成柵狀后，采用環(huán)氧樹(shù)脂粘接到不銹鋼膜片上，在張力作用下不銹鋼膜片產(chǎn)生微量形變傳遞到電阻應(yīng)變片，從而產(chǎn)生電阻應(yīng)變片阻值變化實(shí)現(xiàn)張力-電阻值物理量轉(zhuǎn)換。

因此，傳統(tǒng)的張力傳感器是一種模擬量轉(zhuǎn)換。由于電阻應(yīng)變片是一種具有較高壓阻系數(shù)的金屬材料，它的溫度飄移率是較高的，因此傳統(tǒng)的張力傳感器在應(yīng)用過(guò)程中都必須采用各種溫度補(bǔ)償技術(shù)，特別是溫度系數(shù)大的非晶半導(dǎo)體芯片溫補(bǔ)更難，同時(shí)傳感器的線性精度亦隨之變差。電阻應(yīng)變片另一個(gè)致命缺點(diǎn)，是當(dāng)張力信號(hào)頻繁作用下，金屬材料的疲勞效應(yīng)使張力傳感器的遲滯性和重復(fù)性大大降低，即傳感器的可靠性和穩(wěn)定性是較低的。另外，由電阻應(yīng)變片組成的張力傳感器靈敏度低和低阻抗輸出都限止了它的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容：

鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高性能陶瓷張力傳感器。該傳感器為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)自動(dòng)化控制的需要所研發(fā)，具備高靈敏度(≥3.3mV/V)、高穩(wěn)定性(低溫飄≤0.05％FS、低時(shí)飄≤0.02FS)、高精度(高線性精度≤0.02％/、低遲滯性≤0.02％FS、高重復(fù)性0.02％FS)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

高性能陶瓷張力傳感器，包括測(cè)力桿、條狀陶瓷片以及陶瓷固定座；其特征在于，所述條狀陶瓷片正面粘接測(cè)力桿，背面粘接彈性體陶瓷固定座；所述條狀陶瓷片作為從陶瓷固定座到測(cè)力桿之間的力矩；所述條狀陶瓷片為一力敏彈性體，該力敏彈性體正反面各設(shè)置兩個(gè)應(yīng)變電阻，同時(shí)通過(guò)力敏彈性體上設(shè)置的通孔將這四個(gè)應(yīng)變電阻互聯(lián)形成一個(gè)惠斯頓電橋；并通過(guò)激光修調(diào)系統(tǒng)將惠斯頓電橋調(diào)至零位；所述測(cè)力桿感知張力信號(hào)后，通過(guò)使力敏彈性體產(chǎn)生微量形變，從而使得整個(gè)張力傳感器通過(guò)電橋輸出與張力信號(hào)精密線性相關(guān)的毫伏級(jí)線性電壓。

上述方案中，所述條狀陶瓷片為采用三氧化二鋁陶瓷為材料的力敏彈性體。

上述方案中，所述應(yīng)變電阻為電阻漿料采用精密Hybrid工藝在850℃燒結(jié)在力敏彈性體上的。

上述方案中，所述傳感器四個(gè)應(yīng)變電阻所串聯(lián)成的激光零位修調(diào)電阻還設(shè)置有用來(lái)克服溫度飄移的PTC電阻和NTC電阻，以降低傳感器的溫度飄移。

上述方案中，所述測(cè)力桿軸心與正反面四個(gè)應(yīng)變電阻軸心相垂直。用來(lái)克服測(cè)力部件在感知張力信號(hào)后不與條狀彈性體上的應(yīng)變電阻形成一個(gè)分力，傳感器的輸出信號(hào)將產(chǎn)生較大偏差，從而使線性精度及靈敏度產(chǎn)生較大影響。

本發(fā)明所述的高性能陶瓷張力傳感器由于是橋路輸出形式，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，可以將張力信號(hào)轉(zhuǎn)換為I²C數(shù)字信號(hào)和0-5V電壓信號(hào)、PWM脈寬控制信號(hào)以及電流信號(hào)輸出并可以通過(guò)張力控制器自帶RS-232、IEEE485通信口和RF射頻功率模塊實(shí)現(xiàn)張力信號(hào)無(wú)線遠(yuǎn)傳等功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制、地震預(yù)報(bào)等物聯(lián)網(wǎng)信息傳送和控制等功能。

附圖說(shuō)明：

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明所述陶瓷張力傳感器側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述陶瓷張力傳感器正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述張力傳感器中通孔圖形結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明制備張力傳感器時(shí)專門設(shè)計(jì)的負(fù)壓控制器示意圖。

具體實(shí)施方式：

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的高性能陶瓷張力傳感器，包括測(cè)力桿3、條狀陶瓷片1以及陶瓷固定座2。

其中，條狀陶瓷片1采用線膨脹系數(shù)小、物理(電學(xué)、力學(xué))和化學(xué)穩(wěn)定性高的三氧化二鋁陶瓷。并且條狀陶瓷片正面粘接測(cè)力桿3，背面粘接彈性體陶瓷固定座2。形成從陶瓷固定座2到測(cè)力桿3之間的力矩。