Датчик силы и способ его изготовления

СОЮЗ СОВЕТСИИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 159621 1/20 Н 01 С О/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬС ВТОРСН У 36 кораблестроите дм. С,О.Макаро Ъюлский им. аов/О,СИЛЫ 8)2729951980 653, 984. СПОС Б ЕГО ИЗГО ние относится кехнике и можетя определенияя тел при непос датчикоя. Це силоиыть иилий едствеью изоб дложкиыполненьх систем причем из состоит из п о вен- ововодяще но 6 и водов 1, и электродов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО иЗОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ГКНТ СССР 21) 4297871/22) 24.08.87,мерительнойпользовано длвзаимодействном контакте 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 прозоляционной оболочки 2,3, резистивного элемента ретения является повышение точностиизмерения силы. При действии силыоболочка 2 деформирует резистивныйэлемент 4, расположенный на электродах 3 и между ними. Электроды выполнены в виде равноотстоящих другот друга систем проводящих элементов.Изменение удельного сопротивленияэлемента 4 регистрируют по изменениютока между электродами 3. Резистивныйэлемент 4 выполнен из диэлектрической основы и наполнителя, содержащего проводниковые и полупроводниковые компоненты, При полимеризациирезистивного слоя он подвергался воздействию взаимно перпендикулярныхэлектрического и магнитного полей.2 с. и 2 з.п, ф-лы, 5 ил,4, жесткой диэлектрической5, Электроды 3 (фиг. 2 и 3)в одной плоскости в виде дв го .непрерывного (соответст7) и соединенных с ним пр дящих незамкнутых участков 8.и 9,расположенных на диэлектрической подложке 5 так, что ни один из участ ков 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 такимоб; азом, чтобы края этих полос былиравнаотстоящими от соседних элементов,а расстояние было постоянным по всейих длине.5Признак постоянства )необходимдля того, чтобы при одинаковом давлении в разных точках поверхностивозникало одинаковое изменение сопротивления, На поверхности электродов3 нанесен резистивный элемент. 4, этимже материалом заполнено межэлектродное пространство. В качестве такогоматериала можно применить вещества,изменяющие свое удельное сопротивление под нагрузкой, легко Формируемые,обладающие достаточной адгезией сматериалом электродов и хорошо заполняющие межэлектродное пространство.20Конструктивно датчик может бытьвыполнен, как это указано на фиг, 1,с отдельными выводами подводящих про"водов 1. Однако такая конструкцияэлектродов делает возможным расположение подводящих проводов в плоскостиподложки (фиг, 2), а соединение ихвыполнить в виде штырькового разъема10 (Фиг, 4) или контактных площадок11 (Фиг. 5), расположенных в телерабочего органа 13. Датчик по своемупринципу действия относится к пьезорезистивному типу.Датчик работает следующим образом,Под действием силы, воздействующей через оболочку 2 на резистивныйэлемент 4, расположенный на и междуэлектродами 3, изменяется (уменьшается) удельное сопротивление резистивного элемента 4. Это изменение регистрируется двумя системами 6 и 7,8 и 9 распределенных элекродов какобщее изменение (уменьшение) сопротивления, либо силы .тока при подключении через подводящие провода 1,штекерный разъем 10, либо контактныеплощадки 11 к источнику ЭДС,Увеличение числа таких элементов8 и 9 на единицу длины и уменьшение50их шурины приводит к уменьшению влияния точки приложения силы на сопротивление датчика в целом.Процесс получения резистивногоэлемента 4 может быть обобщен следующими этапами; получение порошковполупроводника 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, что" бы ширина запрещенной эоны полупроводника-наполнителя под этим давлением была меньше, чем произведение температуры вулканизации, умноженой на постоянную Больцмана, т.е,Е(Р)1 сТ,Например, для основы из полипропилена высокого давления давление полимеризации равно Р 1,8 мПа,1Воздействие электростатическим полем производится следующим образом. Выбирается, например, электростатическое поле, перпендикулярное плоскости 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 по 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 изобретения1. Датчик силы, содержащий изолирующую оболочку, диэлектрическую подложку, резистивный элемент, электроды, расположенные в одной плоскости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 5 159 б 21 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. щ и й с я тем, что в резистивный В элемент, состоящий из диэлектрической основы и проводникового наполнителя, дополнительно включен полупроводниковый наполнитель,4, Способ изготовления резистивного элемента датчика силы включающий приготовление порошков наполнителей, получение жидкой фазы основы,приготовление смеси в требуемой концентрации перемешиванием основы инаполнителей, нанесение смеси наэлектроды и подложку, термообработкупод давлением, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшенияэксплуатационных характеристик резистивного элемента, дополнительново время термообработки воздействуютвзаимно перпендикулярными магнитными электрическим полями.1596214 Составитель М,ПахомовРедактор Ю.Середа Техред Л.Олийньи Корректор С.Черни Подпи е оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 2904 Тираж 475ВНИИПИ Государственного комитета по иэ113035, Москва, Ж,бретен аушска и открь ф дям при ГКНТ СЧСР5