[發明專利]具有改善固定的電容式力傳感器

有效

• 申請號: 201810024820.2
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108318159B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: B·斯密特;T·齊克爾巴赫;H·門特;J·瑙特;T·舒爾特海斯;S·霍夫曼;M·穆勒
• 申請（專利權）人: 普瑞有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

電容式力傳感器，包括：平面基體；平面的、彈性的和/或彈性支承的薄膜體；兩個彼此間隔布置的墊片；薄膜體通過墊片松動貼靠在在平面基體上，在薄膜體與平面基體之間、在墊片之間的區域中形成腔體，以在施加作用力F時在墊片之間的區域中發生薄膜體的移動和/或彎曲；薄膜體構成第一電極且在平面基體處設有第二電極，第一和第二電極限定具有隨作用力F而變化的測量電容的第一精密電容器；為了電接觸第一電極，設置有從每一墊片中延伸的至少一個電支架，其構成用于貼靠在平面基體處的底端，通過該底端，電支架與平面基體一體連接且電支架在所屬的墊片與底端之間形成弧形部，從而使得相對于平面基體保持間隙，以使得薄膜體彈性附接至平面基體。

技術領域

本發明涉及一種電容式力傳感器，其具有平面基體以及平面彈性薄膜體。在已知的力傳感器中，所述薄膜體經由一個或多個墊片貼靠在平面基體上，使得在所述薄膜體與所述平面基體之間形成腔體，該腔體一側由所述薄膜體并且另一側由所述平面基體來限制。在施加力到薄膜體時，所述腔體的容積改變。總而言之，所述平面基體和所述薄膜體的限制所述腔體的表面具有金屬層或涂層并且因此形成具有測量電容的精密電容器的彼此相對的電極。例如，該腔體填充有空氣作為電解質。

背景技術

因為薄膜體具有一定彈性，該薄膜體對作用力的反應為彎曲。由此，其導致了電極彼此之間的間距改變并且因此改變通過腔體或電極限定的電容器的容量。相對應的電容式力傳感器通常是電子器件的一部分，使得已知的是，平面基體以及所屬的電極需由印刷電路板構成，例如從文獻US 5,134,886 A已知的那樣。

該力傳感器的缺點在于，所述薄膜體在存在作用力的情況下發生的彎曲也對其與平面基體的電接觸產生機械應力。結果表明，設置在薄膜體與平面基體之間的過渡區域中的整體連接，例如在傳統力傳感器中的焊接，承受大的應力并且因此存在該連接無法持久的風險。

發明內容

因此，對電容式力傳感器存在如下的需求，即，在該電容式力傳感器中，在機械和熱穩定性都高的情況下，所述力傳感器的電接觸持久穩定。該目的通過根據本申請的力傳感器以及操作元件來實現。可指出的是，在權利要求中單獨實施的特征可以以任意技術上合理的方式來互相組合并且表明本發明的其它實施例。說明書、尤其與所述附圖相結合地說明了本發明的特征并且詳細說明本發明。

本發明涉及一種電容式力傳感器。根據本發明的電容式力傳感器包括平面基體以及平面的、彈性的和/或彈性支承的薄膜體。根據本發明，兩個彼此間隔布置的墊片設置在所述平面基體與所述薄膜體之間，其中，所述薄膜體通過所述墊片松動地支撐在所述在平面基體上。松動地支撐意味著所述墊片貼靠所述平面基體，而在所述墊片與所述平面基體之間不設置有固定件。在所述薄膜體與所述平面基體之間、在所述墊片之間的區域中形成腔體，以在存在作用于所述薄膜體上的作用力F、例如沿所述平面基體的方向作用的操作力的情況下在所述墊片之間的區域中發生所述薄膜體的移動，如彎曲。“平面的”在本發明的意義中意味著一個物體，其二維尺寸明顯大于另一維度的尺寸，例如至少是另一維度尺寸的十倍大。例如，所述薄膜體的尺寸在后一維度尺寸中小于2mm、例如1.5mm或1.0mm、更優選地小于1mm、例如0.5mm。所述薄膜體例如構造成矩形的平面體。

根據本發明，所述薄膜體構成第一電極，例如通過由導電材料制成的所述薄膜體的涂層或通過由導電材料制成的所述薄膜體來制造。根據本發明，在所述平面基體處設置有第二電極，例如通過由導電材料制成的涂層來制造。第一電極和第二電極限定了具有隨所述作用力F而變化的測量電容的第一精密電容器。為了電接觸所述第一電極，設置有從所述墊片延伸的至少一個電支架，該至少一個電支架構成用于貼靠在所述平面基體處的底端。根據本發明，所述電支架通過所述底端與所述平面基體材料一體連接、優選焊接在一起。所述電支架在所述墊片與所述底端之間形成的弧形部，從而使得相對于基體保持間隙，以使得所述薄膜體彈性附接至平面基體。例如，所述弧形部通過朝所述平面基體的承載面傾斜的電支架的兩個區段來限定。