[發明專利]一種正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器

在審

• 申請號: 201510417266.0
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN104964771A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 李大軍;李楊;徐行濤
• 申請（專利權）人: 深圳市慧瑞電子材料有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;C08L83/04;C08L83/07;C08L83/08;C08K13/02;C08K3/04;C08K3/36;C08K5/14
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

技術領域

本發明涉及一種拉力敏感型電阻傳感器，特別涉及一種正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器。

背景技術

1885年，英國物理學家開爾文發現金屬在承受壓力(拉力或扭力)后產生機械形變的同時，由于受材料尺寸(長度、截面積)改變的影響，電阻值也發生了特征性變異，即應變電阻效應。人們便從電阻值的變化獲得材料受力的特征和量值，分別開發出壓力敏感型和拉力敏感型的電阻應變傳感器。目前使用的拉力敏感型電阻應變式傳感器，簡稱拉敏電阻傳感器，主要有金屬應變電阻式、半導體應變電阻式、合金應變電阻式等。但是由于傳感材料本身彈性模量的限制，這些應變型型電阻傳感元件存在以下缺點：一是缺乏柔性和彈性、不能彎曲，因而在體育、醫療、智能穿戴等需要彎曲、拉伸等復雜形變的領域的應用受到限制；二是力學量變化幅度較小，因而不能用于形變量較大的領域；三是結構復雜，制造成本高，限制了其在更廣領域的應用。特別是前兩個缺點，給生物力學檢測、康復醫療、智能可穿戴設備、智能機器人等領域中的許多特殊結構的應力應變的測量帶來了很大困難，因此急需尋找新型的柔性的力學敏感材料制造柔性的電阻應變型傳感器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器，提高傳感器的柔性和彈性，增大力學量變化幅度，結構簡單，降低制造成本。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器，包括拉敏電阻材料以及安裝在所述拉敏電阻材料兩端的金屬電極；所述拉敏電阻材料是在硅橡膠材料中填充導電填料制成的體積電阻率介于1.0×10²Ω.cm和1.0×10⁵Ω.cm之間的一種導電硅橡膠材料。所述金屬電極選自金屬膜、金屬箔、金屬片中的一種，通過導電膠粘合、高溫熱壓、絲網印刷或者真空鍍膜的方式制作在拉敏電阻材料兩端的表面。所述的正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器在拉伸力作用下傳感器電阻逐漸增加，呈現正拉敏電阻效應，在30％拉伸形變電阻變化倍率介于2到50倍，且電阻與形變之間具有良好的線性度，可以通過檢測電阻值的變化或將變化的電阻信號轉換成其他電平信號來獲得外界作用力的信息，從而制成一種模擬型拉敏電阻應變式傳感器，在生物力學檢測、醫療康復、機器人、智能可穿戴設備等領域具有廣闊的應用前景，且該傳感器件制造工藝簡單、成本低。

為實現上述技術方案，所述導電硅橡膠材料按照質量份各組分配比為：硅橡膠100份，結構控制劑0.1-10份，硫化劑0.2-5份，補強填料5-40份，導電炭黑30-100份。其中，質量份是工業上出于計算方便使用的一個直觀的質量配比方法，數字直接表示所需要配比物質的質量比。

進一步地，所述硅橡膠為高溫硫化型硅橡膠，選自二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基乙烯基硅橡膠和氟硅橡膠中的一種。

進一步地，所述結構控制劑，選自羥基硅油、二苯基硅二醇。

進一步地，所述導電炭黑，粒徑為20-120nm，吸油值為40cm³/100g-200cm³/100g。

進一步地，所述補強填料選自氣相二氧化硅，BET法所測比表面積100-400m²/g。除了補強之外，還具有改善拉敏電阻的電阻蠕變與松弛的作用。

進一步地，所述硫化劑，選自有機過氧化物，包括過氧化苯甲酰BPO、過氧化二異丙苯DCP、過氧化二叔丁基DTBP、二(叔丁基過氧化異丙基)DIPB、2,4-二氯過氧化苯甲酰DCBP、2,5-二甲基-2,5-雙(叔丁基過氧基)己烷DBPMH。

進一步地，所述導電硅橡膠材料的電阻率介于1.0×10²Ω.cm和1.0×10⁵Ω.cm之間。

進一步地，所述金屬電極選自金屬箔、金屬片、金屬膜中的一種，通過導電膠粘合、高溫熱壓、銀漿絲網印刷或真空鍍膜的方式制作，以方便拉敏電阻傳感器與信號采集端的連接。所述導電銀漿包括熱固化型和紫外光固化型。所述真空鍍膜的方法包括真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍膜、真空離子鍍膜。

進一步地，所述拉敏電阻器在拉伸力作用下100％拉伸形變范圍內電阻值逐漸增加，在30％拉伸形變電阻變化倍率介于2到50倍，并且電阻與形變之間具有良好的線性度。拉敏電阻傳感器在形變前后電阻值的變化倍率，定義為傳感器的靈敏度或靈敏因子。

本發明還提供了一種正電阻效應的拉力敏感型電阻傳感器的制造方法，包括以下步驟：