[发明专利]一种测力传感器及制造方法

说明书

一种测力传感器及制造方法，测力传感器包括：支撑套，支撑套的顶部设有第一凹槽；敏感元件，密封连接于第一凹槽内，敏感元件为圆柱体，敏感元件的顶部设有圆台形压头和环绕压头外周的凹槽，压头凸出于支撑套的顶端，敏感元件的底部为平面，且设有两个应变电阻对，两个应变电阻对呈中心对称设置，每个应变电阻对包括串联的两个电阻，两个电阻沿敏感元件的半径方向设置，电阻为薄膜电阻；电缆，电缆穿过支撑套的侧壁，且与电阻电连接。本发明的传感器能够适应飞行器各类恶劣工况，可靠性高，性能优秀，对于提高飞行器全电刹车装置可靠性，性能指标具有明显作用。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种测力传感器及制造方法。

背景技术

测力传感器是一种在工业生产、军事装备、航空航天、航海等领域广泛应用的基础力学类传感器。其测量原理大多基于电阻应变计技术，电阻应变计的弹性体受力导致的应变转换为电阻应变计的阻值变化，再通过惠斯通电桥将电阻变化转变为电压信号。此类测力传感器工艺成熟，产业链分工明确，能解决绝大多数应用需求。但电阻应变计本身采用的有机质胶基底直接参与应变，在宽温区的反复交变的热环境下长期或频繁工作，并叠加高真空或超高真空环境条件时，可靠性和寿命方面存在隐患。传统的金属电阻应变式测力传感器还受限于金属电阻应变计制造工艺，材料性能，通常在体积上难以做到很小，或者必须以降低电桥桥臂电阻阻值为代价，从而导致自身发热大，热稳定性，功耗等性能指标变差。同时，采用金属电阻应变计制造工艺制作的电阻应变计在长期工作时，面临的耐高温要求，宽工作温度范围方面也存在诸多不足，比如常见金属电阻应变计基底采用高分子有机材料，长期高温工作时会逐渐老化，导致性能指标迁移，受温度影响性能虽然可以进行补偿，但需要在一定温度范围进行补偿才能达到较好效果。总体而言，电阻应变计工艺技术无法满足目前航天航空等领域的一些高可靠性、宽工作温度范围、小型化要求的应用环境需求。如在飞行器全电刹车系统中，刹车力力值往往会达到数个千牛甚至十几千牛，但限于刹车系统体积和重量的要求，传感器的体积往往会被限制在数枚一元硬币甚至一角硬币叠加的体积范围内，由于空间环境特点，季节变换以及刹车时摩擦产生的巨大热量，传感器面临的工作环境十分严苛，对于航空领域，对使用寿命，尤其是疲劳寿命也有较高要求。

因此，需要一种测力传感器，以解决上述问题至少其中之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种测力传感器及制造方法，以解决传统测力传感器体积上难以做到很小、宽工作温度范围方面不足的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种测力传感器，包括：

支撑套，所述支撑套的顶部设有第一凹槽；

敏感元件，所述敏感元件密封连接于所述第一凹槽内，所述敏感元件为圆柱体，所述敏感元件的顶部设有圆台形压头和环绕所述压头外周的凹槽，所述压头凸出于所述支撑套的顶端，所述敏感元件的底部为平面，且设有两个应变电阻对，两个所述应变电阻对呈中心对称设置，每个所述应变电阻对包括串联的两个电阻，两个所述电阻沿所述敏感元件的半径方向设置，所述电阻为薄膜电阻；

电缆，所述电缆穿过所述支撑套的侧壁，且与所述电阻电连接。

优选地，所述支撑套为圆筒形，所述支撑套的内壁设有环形的、沿轴向贯通且自上而下依次连通的所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽和第五凹槽，所述电缆穿过所述支撑套的侧壁伸入至所述第四凹槽。

优选地，所述第二凹槽和所述第四凹槽的直径相同，且所述第二凹槽和所述第四凹槽的直径小于所述第一凹槽的直径、大于所述第三凹槽的直径。

优选地，所述敏感元件的底部设有与所述电阻对应的焊盘，所述测力传感器还包括圆形的补偿电路板，所述补偿电路板设于第四凹槽内，所述补偿电路板上设有多个连接点，两个所述应变电阻对的所述电阻对应的焊盘与所述连接点通过引线电连接，形成电桥，所述电阻为薄膜电阻，所述电桥为惠斯通电桥，所述电缆与所述电桥电连接；