[发明专利]高性能陶瓷张力传感器

说明书

技术领域：

本发明涉及力传感器技术领域，特别涉及一种高性能陶瓷张力传感器。

背景技术：

众所周知，张力传感器是一种应用范围广阔的力敏传感器。目前国内外所应用的各种张力传感器几乎都采用电阻应变片组成的力敏传感元件。实际上电阻应变片是由非晶半导体芯片或由0.02-0.05mm金属丝绕成栅状或由金属膜片腐蚀成栅状后，采用环氧树脂粘接到不锈钢膜片上，在张力作用下不锈钢膜片产生微量形变传递到电阻应变片，从而产生电阻应变片阻值变化实现张力-电阻值物理量转换。

因此，传统的张力传感器是一种模拟量转换。由于电阻应变片是一种具有较高压阻系数的金属材料，它的温度飘移率是较高的，因此传统的张力传感器在应用过程中都必须采用各种温度补偿技术，特别是温度系数大的非晶半导体芯片温补更难，同时传感器的线性精度亦随之变差。电阻应变片另一个致命缺点，是当张力信号频繁作用下，金属材料的疲劳效应使张力传感器的迟滞性和重复性大大降低，即传感器的可靠性和稳定性是较低的。另外，由电阻应变片组成的张力传感器灵敏度低和低阻抗输出都限止了它的应用领域。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种高性能陶瓷张力传感器。该传感器为适应物联网和工业自动化控制的需要所研发，具备高灵敏度(≥3.3mV/V)、高稳定性(低温飘≤0.05％FS、低时飘≤0.02FS)、高精度(高线性精度≤0.02％/、低迟滞性≤0.02％FS、高重复性0.02％FS)。

本发明的具体技术方案如下：

高性能陶瓷张力传感器，包括测力杆、条状陶瓷片以及陶瓷固定座；其特征在于，所述条状陶瓷片正面粘接测力杆，背面粘接弹性体陶瓷固定座；所述条状陶瓷片作为从陶瓷固定座到测力杆之间的力矩；所述条状陶瓷片为一力敏弹性体，该力敏弹性体正反面各设置两个应变电阻，同时通过力敏弹性体上设置的通孔将这四个应变电阻互联形成一个惠斯顿电桥；并通过激光修调系统将惠斯顿电桥调至零位；所述测力杆感知张力信号后，通过使力敏弹性体产生微量形变，从而使得整个张力传感器通过电桥输出与张力信号精密线性相关的毫伏级线性电压。

上述方案中，所述条状陶瓷片为采用三氧化二铝陶瓷为材料的力敏弹性体。

上述方案中，所述应变电阻为电阻浆料采用精密Hybrid工艺在850℃烧结在力敏弹性体上的。

上述方案中，所述传感器四个应变电阻所串联成的激光零位修调电阻还设置有用来克服温度飘移的PTC电阻和NTC电阻，以降低传感器的温度飘移。

上述方案中，所述测力杆轴心与正反面四个应变电阻轴心相垂直。用来克服测力部件在感知张力信号后不与条状弹性体上的应变电阻形成一个分力，传感器的输出信号将产生较大偏差，从而使线性精度及灵敏度产生较大影响。

本发明所述的高性能陶瓷张力传感器由于是桥路输出形式，通过信号调理电路，可以将张力信号转换为I²C数字信号和0-5V电压信号、PWM脉宽控制信号以及电流信号输出并可以通过张力控制器自带RS-232、IEEE485通信口和RF射频功率模块实现张力信号无线远传等功能，实现工业自动化控制、地震预报等物联网信息传送和控制等功能。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明所述陶瓷张力传感器侧面结构示意图。

图2为本发明所述陶瓷张力传感器正面结构示意图。

图3为本发明所述张力传感器中通孔图形结构图。

图4为本发明制备张力传感器时专门设计的负压控制器示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，本发明所述的高性能陶瓷张力传感器，包括测力杆3、条状陶瓷片1以及陶瓷固定座2。

其中，条状陶瓷片1采用线膨胀系数小、物理(电学、力学)和化学稳定性高的三氧化二铝陶瓷。并且条状陶瓷片正面粘接测力杆3，背面粘接弹性体陶瓷固定座2。形成从陶瓷固定座2到测力杆3之间的力矩。