[发明专利]接触力测试装置，这种接触力测试装置的应用以及用于制造这种接触力测试装置的方法

说明书

本发明涉及一种接触力测试装置(10)，其具有测量探测器，该测量探测器可以与电接触元件(1，2)接触并测量与该电接触元件(1，2)接触的接触力(F)，并且其中，测量探测器(100)利用压电接收器(11)接收接触区域(3)中的接触力(F)。测量探测器(100)具有多个压电接收器(11，11′)。这些压电接收器(11，11′)通过接收器间隙(12，12′)彼此间隔开。测量探测器(100)具有保护套(107)，该保护套(107)在接触区域(3)中覆盖压电接收器(11，11′)和接收器间隙(12，12′)。

技术领域

本发明涉及一种带有测量探测器的接触力测试装置，一种这种接触力测试装置的应用以及一种用于制造这种接触力测试装置的方法。

背景技术

压电材料被广泛用于接收压力、力和加速度。正如在由Springer出版社出版的G.Gautschi的书“压电式传感器”中所述，将诸如石英(SiO₂单晶)、钙-亚镓-锗酸盐(Ca₃Ga₂Ge₄O₁₄或CGG)、硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄或LGS)、电气石、正磷酸镓等压电晶体切割成板状或杆状的元件，使这些元件承受机械应力。压电接收器因此形成一电容器，在该电容器中，压电材料被设置在两个接纳电极之间。在此，在直接的压电效应下产生与机械应力的大小成比例的电极化电荷。如果是在其表面法线平行于起作用的机械法向应力的压电材料表面上产生电极化电荷，则存在纵向压电效应。如果是在其表面法线垂直于起作用的机械法向应力的压电材料表面上产生电极化电荷，则存在横向压电效应。通过接纳电极，电极化电荷作为输出信号被接纳。接纳电极之间的电绝缘电阻为10ΤΩ。

除了压电晶体之外，也可以如专利文献DE2831938A1中所公开的那样，作为压电材料使用压电陶瓷，例如钛酸钡(BaTiO₃)、由钛酸铅(PbTiO₃)和锆酸铅(PbZrO₃)组成的混合物(PZT)等，以及使用压电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)等。

电插拔连接装置具有例如接触插头、接触销等凸形接触元件并具有例如接触联接器、接触插座等凹形接触元件。凸形接触元件和凹形接触元件可以例如通过力配合可逆地相互接触。因此已知具有接触插座的片式接触，该接触插座沿纵向方向具有多个通过裂口被间隔开的片，这些片在外侧通过弹簧力将插入的接触销保持在接触重叠的区域中。这样的接触往往必须满足标准接触力。因此，在生产电插拔连接装置的过程中，在质量控制的范畴内需要检查：接触力是否满足预先限定的额定值。在此还要检查：电插拔连接装置在提高的使用温度140℃或还有160℃下是否彼此可靠地接触。

压电聚合物可以被制作为厚度小于100μm的薄层，这点利用压电晶体不能做到。压电晶体的最小厚度是100μm。因此，对于非常扁平制造的接收器而言注定要使用压电聚合物。PVDF也具有比SiO₂单晶体高约10倍的压电灵敏度。另一方面，PVDF的弹性模量比SiO₂单晶体的弹性模量小约40倍，这点造成相对小的刚度，由此，PVDF仅能受限地被机械负载，这点又将使得输出信号质量相对差，该输出信号具有高滞后性并偏离线性度。PVDF还具有压电特性的高温相关性，由此其使用范围被限制在温度低于80℃，而压电晶体、例如LGS即使在600℃的温度下仍然可以使用。

由专利文献DE4003552A1已知一种接触力测试装置，其具有用于测量电插拔连接时的接触力的测量探测器。该测量探测器具有一压电接收器，该压电接收器由一压电聚合物层制成，该压电聚合物层沿其长形伸展方向被中间地设置在两个带有接纳电极的层之间。压电接收器是电绝缘的。为此，在各层的接纳电极的上方和下方分别设置有一层电绝缘材料，并在其上面和下面又分别设置一盖板。待测试的接触插座可以经由盖板与测量探测器进行接触，测量探测器为此沉入到接触插座中。测量探测器沉入到接触插座中的长度被称为接触重叠。测量探测器的宽度和厚度为0.7mm，接触重叠的长度为1.0mm。