[发明专利]一种高动态二维力敏传感器及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种高动态二维力敏传感器及其加工方法。

背景技术

目前市场上压力式传感器的使用范围基本在几公斤到几百公斤之间。由于技术所限，测量压力在一公斤左右的力敏传感器都需要放大电路的配合才能使用，其原因是如果不增加放大电路，力敏传感器在受到14.7N(1.5Kg)的压力时输出范围只有几十到几百毫伏，这么小的信号若要被计算机采集和使用，必须增加放大电路，否则信号无法满足使用要求。这样既增加了中间环节的数量，降低了系统的可靠性，又增加了系统的重量，并且电子元器件的使用会让产品在宽环境温度范围内(-55℃---+85℃)工作时，温度漂移大，输出信号误差明显增大。

如图1、2所示，目前常用的测量范围在0～5Kg压力的力敏传感器均采用的是悬臂梁结构，包括移动手柄1、固定螺钉2、弹性梁体3、壳体定位螺钉孔4、壳体5、外接引线6和应变计7；将弹性梁体3的一端固定，在另一端施加外力。

按压帽盖或移动手柄1可根据用户需求进行配置，使用者通过对帽盖的按压或移动手柄1的扳动将压力传递给弹性梁体3的施力点，使弹性梁体3产生形变，且带动应变计7发生形变。弹性梁壳体5与梁体底座8通过螺纹相连接，对内部环境起到保护作用。壳体5通过定位螺钉孔4与外部设备进行连接固定。内部应变计7的外接引线6通过底座8上的过孔引出。

弹性梁壳体5内部结构以及受力形变后如图2。

受到外力的弹性梁体3产生形变，弹性梁体3的底部形变最大，因此目前所有悬臂梁结构的力敏传感器的应变计7粘贴位置会尽量靠近固定端粘贴。

为了使产品在受到轻微外力时应变计的变形达到最大，生产加工过程需要满足三个基本条件。第一，在外力相同的条件下，弹性金属的形变尽量大，第二，石英晶体应变计的厚度尽量薄；第三，石英晶体应变计的粘贴长度尽可能长，即应变计的长度越长，形变越大。若要提高产品的输出，则需要对上述三个条件进行改进。

由于石英晶体原料特点是硬、脆，因此受目前国内加工工艺限制，石英晶体应变计的厚度基本为0.01mm，所以若要达到形变最大，只能在第一条和第三条中寻求更多的变化。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种结构简单，微型化并且测量更加准确的差动变压器式线位移传感器及其制作方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高动态二维力敏传感器，包括移动手柄、弹性梁体、壳体、壳体定位螺钉孔、外接引线、电路板、底座和应变计，其特征在于：所述弹性梁体下端中间部分较细，呈对称双漏斗型，弹性梁体外端设置有用于安装应变计的扩展梁体，所述扩展梁体包括4片设置在弹性梁体外围的金属薄板，4片金属薄板围合的截面呈正方形，所述扩展梁体上端和弹性梁体连接，所述扩展梁体下端和底座连接。

所述应变计为U型。

一种高动态二维力敏传感器的加工方法，包括以下步骤：

1)筛选应变计：

将无基底U型应变计，做温度老化实验后，选取阻值相近的应变计，将四个阻值接近的应变计，两两为一组组成电桥，并按要求对应变计的引出金丝进行整形，使得应变计便于粘贴；

2)加工弹性梁体：

对粗加工的弹性梁体进行热处理工艺，然后精加工；

3)粘贴应变计：

首先对扩展梁体表面进行打磨和清洗，然后在扩展梁体表面涂刷应变胶，进行固化，固化结束后再涂刷一层应变胶，将整形的应变计准确的贴在扩展梁体上，最后再按应变胶固化工艺进行固化；

4)焊接电路板：

应变计的引出端为金丝，采取铟焊，焊接时温度控制在250℃±10℃；内部电路联接为锡焊，最终通过基座底部引出引线；

5)壳体组装：

弹性梁体底座有用于旋转的盲孔，用专用工具夹住盲孔，将壳体与弹性梁体底座拧紧。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

在外形尺寸非常小的情况下，无需放大电路，就可以使二维力敏传感器输出较大信号供后续电路使用，从而使产品可靠性大大提高。

附图说明

图1为常用微型力敏传感器的结构示意图。

图2为常用微型力敏传感器的弹性梁与应变计结构示意图。

图3为本发明二维力敏传感器的弹性梁体的剖视图。

图4为本发明二维力敏传感器的弹性梁体的主视图。

图5为图4的C-C剖面结构示意图。

附图标记说明

1-移动手柄；

2-固定螺钉；

3-弹性梁体；

4-壳体定位螺钉孔；