Датчик силы и способ его изготовления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1596214

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иЗОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

21) 4297871/24-10

22) 24.08.87 (46) 30.09.90. Вюл. !! 36 (71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О.Макарова (72) А.Н.Трунов (53) 531.781 (088.8) (56) Патент ФРГ !1 2729959, кл. Н 01 С 10/10, 1980.

Патент США !1 419653, кл. Н 01 С 10/10, 1984. (54) ДАТЧИК СИЛЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для определения усилии . взаимодействия тел при непосредственном контакте с датчикоя. Целью изоб4 Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть ис-." пользовано 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

f5l)5 G 01 Ь 1/20,. Н 01 С !О/!О

2 ретения 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.

4, жесткой диэлектрической подложки

5, Электроды 3 (фиг. 2 и 3) выполнены в одной плоскости в виде двух систем, причем каждая из них состоит из проводящего . непрерывного (соответственно 6 и 7) и соединенных с ним проводящих незамкнутых участков 8-и 9, расположенных на диэлектрической подложке 5 так, что ни один из участков 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

15)6214 об; азом, чтобы края этих полос были равнаотстоящими 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 расположение 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 действием 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 элекродов как

t 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

50 их шурины приводит к уменьшению влияния точки приложения силы на сопротивление датчика в целом.

Процесс получения резистивного элемента 4 может быть обобщен следующими 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 эоны полупроводника-наполнителя под этим давлением была меньше, чем произведение температуры вулканизации, умноженой на постоянную Больцмана, т.е. к(р) «c kT

Например, для основы из полипропилена высокого давления давление полимеризации равно P .1,8 мПа.

Воздействие электростатическим полем производится следующим образом.

Выбирается, например, электростатическое поле, перпендикулярное нлоскости электродов. Величина этого поля должна составить значение напряженнос-. ти поля ударной ионизация для дан= ного полупроводника (Е -10 В см).

Электроны, ускоренные этим полем, приобретают значительную скорость, а под воздействием магнитного поля (В 10 Тл), они совершают круговые движения в плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, что обеспечивает процессы движения заряженных частиц полупроводника, а как следствие равномерное распределение IIQ объему 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 изобретения

1. Датчик силы, содержащий изолирующую оболочку, диэлектрическую подложку, резистивный элемент, электроды, расположенные в одной плоскости, отличающийся тем, 5 159621 что, с целью повышения точности измерения, каждый из электродов состоит из проводящего непрерывного и соединенных с ним проводящих незамкнутых участков, причем кажцый иэ проводящих незамкнутых участков одного электрода расположен между проводящими незамкнутыми участками другого электрода с зазором, а резистивный слой нанесен на поверхность и в промежутках проводящих непрерывных и незамкнутых участков.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что проводящие непрерывные и незамкнутые участки электродов выполнены равноотстоящими друг от друга в любой точке.

3. Датчик по п.1, о т л и ч а ю. шийся тем, что в резистивный Л элемент, сос гоящий из диэлектрической основы и-проводникового наполнителя, дополнительно включен полупроводниковый наполнитель.

4. Способ изготовления резистивного элемента датчика .силы включаю> щий 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, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик резистивного элемента, дополнительно во время термообработки воздействуют взаимно перпендикулярными магнитным и электрическим полями.

1596214

Фиг,O

Составитель M,Ïàõoìoâ

Редактор Ю.Середа Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 2904 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 б