CN105203237B - 一种适用于轧制力传感器的应变计及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于轧制力传感器的应变计及其制造方法，应变计包括电阻应变计、柔性连线板、连接线和防护膜；所述的电阻应变计通过胶粘剂层固定在柔性连线板上；柔性连线板的连线端与电阻应变计的焊盘通过连接线相连接；所述防护膜覆盖在电阻应变计和柔性连线板上，并通过密封胶层进行密封粘接，防护膜的覆盖面积大于电阻应变计和柔性连线板整体的上表面积。该应变计能够有效保证多个电阻应变计之间可靠串联、间距等距、纵向平行、横向在一条直线上、与弹性体相对位置定位准确。

Description

一种适用于轧制力传感器的应变计及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种电阻应变计技术领域，特别涉及一种适用于轧制力传感器的应变计及其制造方法。

【背景技术】

近年来，国内外冶金行业各大钢厂为了提升板材、带材厚度均匀型和产品质量，开始逐步采用传感器测量和控制轧制力，以达到轧制力精准、均匀和一致，这种传感器按照原理可分为压电晶体式和应变式两种，本发明主要涉及应变式轧制力传感器。

应变式轧制力传感器有多种结构，主要有T型结构、蝶形结构、圆形结构和矩形结构等，它们有一个最显著的共同特点：均采用了“高深宽比孔洞”设计理念，即在轧制力传感器弹性体区域均匀设计、分布“高深宽比”的应变孔洞，然后将应变计按照等距均匀粘贴到应变孔洞中，由其测量轧制力产生的应力应变，从而达到测量和控制轧制力的目的。如此设计有很多优点，但使得应变式轧制力传感器的生产制造难度大大增加，对孔洞内壁表面的应变计安装带来了很多困难，很难保证应变计一致性和等距安装，传感器稳定性、可靠性、一致性很难保证。

从目前所公开的信息和行业实际情况来看，应变式轧制力传感器所用的电阻应变计都为普通应变式传感器所用的电阻应变计，即单一小尺寸电阻应变计。这种电阻应变计为现有的常规电阻应变计，对于普通应变式传感器常规结构而言，一般会使用2～8片应变计，制成万分之几、十万分之几等不同精度的应变式传感器。

然而对于应变式轧制力传感器而言，一般在弹性体上会有8～32个深度不一、尺寸相同的盲孔或通孔，每个盲孔或通孔会有4～6片应变计均匀等距分布在孔壁上，这样导致常规单一电阻应变计的安装难度、工艺要求等非常高，往往无法保证应变计的安装质量和安装位置，从而直接影响到轧制力传感器的质量、精度和稳定性、可靠性。

从轧制力传感器制造工艺角度来讲，一般要求在“高深宽比”孔洞内壁已安装好的电阻应变计需相互串联、相互等距、相互平行、并在一条直线上保持较高的直线度。但是，目前利用普通电阻应变计进行轧制力传感器制造存在很多问题，具体如下：

1.单个离散的应变计安装后再逐个串联是非常困难。现有的解决方法为在安装应变计之前先给应变计带足够长的导线，然后再带着导线一起安装应变计，应变计安装好之后，将导线固定在孔洞外侧，再进行串联连接。这种方法的缺点是带长导线安装，增加了孔洞内应变计安装的困难，而且也引入了长导线所带来的误差，降低了传感器精度。

2.多个应变计安装后相互等距。现有的单个离散的应变计安装方法很难保证安装之后每个应变计之间的间距是等距的。

3.多个应变计安装后相互平行。现有的单个离散的应变计安装方法很难保证安装之后每个应变计之间相互平行，实际安装之后其平行度很差，最终表现为直接影响轧制力传感器的性能。

4.多个应变计安装后必须布置在一条直线上。现有的单个离散的应变计安装方法很难保证安装之后每个应变计位置在一条直线上，实际安装好之后应变计所处位置点组成的直线，其直线度较差，最终表现为直接影响轧制力传感器的性能。

多个应变计安装绝对定位要准确。现有的单个离散的应变计安装方法很难保证安装之后每个应变计相对弹性体的绝对定位。定位难度大，安装工艺复杂，可靠性不易控制，返工率大，成本较高。

【发明内容】

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种轧制力传感器的应变计及其制造方法，该应变计安装方便、定位准确，能够有效保证多个电阻应变计之间可靠串联、间距等距、纵向平行、横向在一条直线上、与弹性体相对位置定位准确。。

本发明通过以下技术方案来实现的：

一种适用于轧制力传感器的应变计，包括电阻应变计、柔性连线板、连接线和防护膜；所述的电阻应变计通过胶粘剂层固定在柔性连线板上；柔性连线板的连线端与电阻应变计的焊盘通过连接线相连接；所述防护膜覆盖在电阻应变计和柔性连线板上，并通过密封胶层进行密封粘接，防护膜的覆盖面积大于电阻应变计和柔性连线板整体的上表面积。

作为本发明的进一步改进，所述柔性连线板采用厚度与电阻应变计厚度相当、底衬为聚酰亚胺基底的柔性电路板，柔性电路板上并行设置两条导线，两条导线外围设置有边框线，其中一条导线上等距离设置若干个断口，形成连线端；该两条导线一端相互连接，另一端断开形成信号引出端；所述电阻应变计设置在柔性连线板的连线端处。

作为本发明的进一步改进，所述电阻应变计和柔性连线板上设置有相互定位用的对位标志，所述电阻应变计上设置有三个上对位标和三个定位标，上对位标为“L”型或倒“T”型，三个上对位标等间距排列，三个定位标分别指向三个方向；所述柔性连线板的边框线对应连线端的位置上设有四个与上对位标相对应的下对位标，下对位标为正方形。

作为本发明的进一步改进，所述连接线设置有应力环，采用圆弧状的扁丝制成；圆弧状的扁丝的截面高度不大于0.10mm，圆弧状扁丝的圆弧直径大于电阻应变计焊盘与柔性连线板的连线端之间距离的1.1～4倍。

作为本发明的进一步改进，所述防护膜采用厚度为8μm～30μm的改性酚醛或聚酰亚胺防护膜；

所述密封胶层采用热固化型应变胶，所述热固化型应变胶为环氧树脂胶粘剂；

所述连接线为铜丝、镀银铜丝或镀金铜丝。

作为本发明的进一步改进，防护膜外周裁剪成具有临时辅助固定作用的防护膜鳍片。

一种适用于轧制力传感器的应变计的制造方法，包括如下步骤，

步骤a，用胶粘剂将电阻应变计粘贴在柔性连线板上，通过电阻应变计和柔性连线板上的对位标志进行对位和定位；

步骤b，然后通过高温加热加压装置，使粘贴柔性连线板和电阻应变计的胶粘剂半固化或完全固化，进而将电阻应变计粘接在柔性连线板的预定位置上；

步骤c，用连接线将电阻应变计的焊盘与柔性连线板的连线端钎焊连接，保持低平的焊锡高度，焊锡焊接点需圆润和光滑；

步骤d，在电阻应变计表面和柔性连线板表层覆盖面积大于电阻应变计和柔性连线板的防护膜；所述防护膜通过胶粘剂高温固化后与电阻应变计和柔性连线板密封粘接在一起；

步骤e，将与防护膜形成整体的电阻应变计和柔性连线板进行外形裁剪；在整体的应变计成形后进行裁剪，所裁剪的外形实体为防护膜和柔性连线板；防护膜裁剪成具有临时辅助固定作用的防护膜鳍片；

步骤f，经检验，将外观存在缺陷的废品剔除，合格品进行清洁、测阻和分拣，最终测试合格的即可作为轧制力传感器的应变计。

作为本发明的进一步改进，步骤a之前，须将电阻应变计和柔性连线板用有机溶剂进行清洁和干燥处理，干燥温度60℃～80℃，时间8分钟～20分钟。

作为本发明的进一步改进，步骤a中，对位时需借助辅助放大装置，参照上对位标和下对位标进行对位；定位时需要借助辅助放大装置和镊子或杆状工具进行微调整电阻应变计与柔性连线板的相对位置，通过定位标进行定位。

作为本发明的进一步改进，步骤b中，高温加热加压的参数为135℃/2H、压力0.2～0.5MPa，然后165℃/2H，无载荷；加压过程中用隔离膜和缓冲膜作为辅助材料，所述隔离膜为0.025mm～0.25mm厚的聚四氟乙烯薄膜，所述缓冲膜为0.5mm～5mm厚度的硅橡胶板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的应变计将多个电阻应变计用胶粘剂固定在柔性连线板上，利用柔性连线板上的电路将各电阻应变计按设计相互串联、导通，然后加盖防护膜，并检验裁剪，最终形成大尺寸、精确定位、复合结构的电阻应变计。如此设计，结构简单、定位精确、制造难度小，同时有效减少了“高深宽比”孔洞弹性体的应变计的安装技术难度，即在“高深宽比”孔洞弹性体内安装应变计，能够有效保证多个电阻应变计之间可靠串联、间距等距、纵向平行、横向在一条直线上、与弹性体相对位置定位准确。

进一步，柔性连线板的断口设计，给电阻应变计提供了安装定位，很好的解决了单个离散的应变计安装后再逐个串联的困难，电阻应变计安装后，自然的串联，节省工时，准确可靠。

进一步，电阻应变计和柔性连线板上设置相互定位用的对位标志，在安装时实现了准确对位和定位，安装过程方便，定位准确。尤其是上对位标和下对位标的相互定位，避免跑位或位置发生偏差。

进一步，防护膜鳍片具有临时辅助固定作用数量与大小可根据轧制力传感器用应变计安装时所用辅助装置的大小及工艺来具体调整，便于临时固定轧制力传感器用应变计。

进一步，连接线预留一定的应力环，保证了连接处的电气安全。

本发明所述的应变计的制造方法，采用逐层安装、由内到外的固定的方式，先进行胶粘贴电阻应变计，再进行定位和对位，最后进行固化胶固定，以免跑位或位置发生偏差。再通过连接线导通，实现了多个电阻应变计的串联。然后进行密封胶密封固定防护膜，实现了产品的绝缘密封。再裁剪成需要的产品形状。该制造方法保证了多个应变计安装绝对定位准确，并且过程简单、快捷、安装方便、定位准确，可靠性易控制，返工率小，成本较低，便于推广。

【附图说明】

图1为本发明应变计的结构示意图；

图2为本发明应变计制造所需的应变计结构示意图；

图3为本发明应变计制造所需的柔性连线板结构示意图；

图4为本发明柔性连线板图3中局部A结构放大示意图；

图5为本发明柔性连线板图3中局部B结构放大示意图；

图6为本发明应变计图1的横截面图；

图7为本发明应变计图6中局部c结构放大示意图；

图8为本发明应变计图6中局部d结构放大示意图；

图9为本发明应变计制造方法步骤b中对位标志相互对应的位置示意图；

图中：1.电阻应变计，2.柔性连线板，3.上对位标(包括3a、3b、3c)，4.焊盘(包括4a、4b)，5.定位标(包括5a、5b、5c)，6.防护膜，7.下对位标(包括7a、7b、7c、7d)，8.连线端(包括8a、8b、8c)，9.信号引出端(包括9a、9b)，10.定位标，11.边框线，12.防护膜鳍片，13.连接线，14.胶粘剂层，15.密封胶层。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种适用于轧制力传感器的应变计，如图1和图6所示，包括电阻应变计1、胶粘剂层14、柔性连线板2、连接线13、密封胶层15、防护膜6；电阻应变计1为单个离散的、高精度传感器用的电阻应变计，电阻应变计1通过胶粘剂层14固定在柔性连线板2上；连接线13将柔性连线板2与电阻应变计1的焊盘4相连接。

如图3至5所示，所述柔性连线板2采用厚度与电阻应变计厚度相同或相近的、底衬为聚酰亚胺基底的柔性电路板。柔性电路板上并行设置两条导线，两条导线外围设置有边框线11，其中一条导线上等距离设置若干个断口，形成连线端8a、8b和8c；该两条导线一端相互连接，另一端断开形成信号引出端9a和9b；所述电阻应变计1设置在柔性连线板2的连线端8处。所述连接线13采用圆弧状扁丝，圆弧状扁丝的截面高度不大于0.10mm，圆弧状扁丝的圆弧直径大于电阻应变计焊盘与柔性连线板连接点距离的1.1～4倍；所述连接线13可选则铜丝、镀银铜丝、镀金铜丝等材质。

如图6至图8所示，所述防护膜6通过密封胶层15将防护膜6覆盖在电阻应变计1、柔性连线板2和连接线13上，其覆盖面积大于电阻应变计1、柔性连线板2和连接线13组合的整体上表面积；防护膜6采用低吸湿率、高耐候性、与电阻应变计基底材质相同或相近的薄膜，可优选厚度为8μm～30μm的改性酚醛防护膜、聚酰亚胺等防护膜。所述密封层胶15采用高温固化型应变胶，如高性能环氧树脂胶粘剂。

如图2和图5所示，电阻应变计1和柔性连线板2上设置有相互定位用的对位标志，电阻应变计和柔性连线板上设置有相互定位用的标志图案；所述标志图案的作用包括x轴、y轴方向的限位，也包括限位误差的判断；如图2和图9所示，电阻应变计1上有上对位标3a、3b和3c；两边设置的上对位标3a和3c为“L”型，中间设置的上对位标3b为“T”型；“L”型或倒“T”型的线宽宽度为W₁；上对位标3a、3b、3c等间距排列电阻应变计1上还有定位标5，定位标5包括三个方向定位标5a、5b和5c，分别指向上、左和右三个方向。

如图5和图9所示，柔性连线板2上有依次直线排列的下对位标7a、7b、7c和7d；下对位标7a、7b、7c、7d为正方形，且下对位标7a和7d之间的距离与上对位标3a和3c直接的距离相等，下对位标7a、7b、7c、7d记其边长为L₁，7b和7c的间距记为L₂，L₂＝W₁。

在将电阻应变计1粘贴在柔性连接板2上具体对位时，就用到了电阻应变计1上的上对位标3a、3b、3c和柔性连线板2上的下对位标7a、7b、7c、7d，具体对位后的效果如图7所示。其中3a与7a对应，3b与7b、7c对应，3c与7d对应。

本发明一种应变计制造方法，包括如下步骤：

步骤a，将电阻应变计1和柔性连线板2用有机溶剂进行清洁和干燥处理，干燥温度60℃～80℃，时间8分钟～20分钟。

用胶粘剂将电阻应变计1粘贴在柔性连线板2上，通过柔性连线板2上的下对位标7a、7b、7c、7d和电阻应变计1上的上对位标3a、3b、3c来准确对位和定位；对位时需借助辅助放大装置，参照对位标志5a、5b好5c相互位置即可准确对位；定位时需要借助辅助放大装置和镊子类或杆状工具，接触电阻应变计1表面，稍用力可左右、上下微调整电阻应变计1与柔性连线板2的相对位置；所用胶粘剂为液体状，初始时其胶粘剂黏度较小，流动性较好，便于对位和定位；在5～30分钟后，其胶粘剂黏度增大，流动性降低，有利于已经对位和定位好的电阻应变计1定位，以免跑位或位置发生偏差。

步骤b，然后通过高温加热加压装置，使粘贴柔性连线板2和电阻应变计1的胶粘剂半固化或完全固化形成胶粘剂层14，可靠地将电阻应变计1粘贴在柔性连线板2的预定位置上；高温加热加压的参数优先可控，优选参数为135℃/2H、压力0.2～0.5MPa，然后165℃/2H，无载荷；加压过程中所需其他辅助材料，如隔离膜和缓冲膜。所述隔离膜优选的为0.025mm～0.25mm厚的聚四氟乙烯薄膜；所述缓冲膜优选的为0.5mm～5mm厚度的硅橡胶板。

步骤c，用连接线13将电阻应变计1的焊盘4a、焊盘4b与柔性连线板2的连接端8a、连接端8b钎焊连接，保持低平的焊锡高度、焊锡焊接点需圆润和光滑；连接线13必须预留一定的应力环；所述连接线13为0.1mm厚度、0.35mm宽的扁线。

步骤d，在电阻应变计1表面和柔性连线板2上覆盖面积大于电阻应变计1和柔性连线板2的防护膜6。所述防护膜6通过胶粘剂高温固化后与电阻应变计1和柔性连线板2紧密结合在一起，胶粘剂高温固化后形成密封胶层15；

步骤e，将与防护膜6形成整体的电阻应变计1和柔性连线板2进行外形裁剪。为提升应变计安装的可靠性，趋于有利于应变计安装的原则，在整体电阻应变计成形后进行裁剪，所裁剪的外形实体为防护膜6和柔性连线板2，沿着柔性连线板2的边框线11和电阻应变计1的边框外轮廓线进行裁剪。可将防护膜6裁剪成具有临时辅助固定作用的防护膜鳍片12，防护膜鳍片12的数量与大小可根据轧制力传感器用应变计安装时所用辅助装置的大小及工艺来具体调整，总的原则便于临时固定轧制力传感器用应变计。

步骤f，将外观存在缺陷的废品剔除，合格品进行清洁、测阻和分拣，最终测试合格的即可作为轧制力传感器用应变计。

Claims (9)

1.一种适用于轧制力传感器的应变计，其特征在于，包括电阻应变计(1)、柔性连线板(2)、连接线(13)和防护膜(6)；所述的电阻应变计(1)通过胶粘剂层(14)固定在柔性连线板(2)上；柔性连线板(2)的连线端(8)与电阻应变计(1)的焊盘(4)通过连接线(13)相连接；所述防护膜(6)覆盖在电阻应变计(1)和柔性连线板(2)上，并通过密封胶层(15)进行密封粘接，防护膜(6)的覆盖面积大于电阻应变计(1)和柔性连线板(2)整体的上表面积；所述柔性连线板(2)采用厚度与电阻应变计(1)厚度相当、底衬为聚酰亚胺基底的柔性电路板，柔性电路板上并行设置两条导线，两条导线外围设置有边框线(11)，其中一条导线上等距离设置若干个断口，形成连线端(8)；该两条导线一端相互连接，另一端断开形成信号引出端(9)；所述电阻应变计(1)设置在柔性连线板(2)的连线端(8)处。

2.根据权利要求1所述的一种适用于轧制力传感器的应变计，其特征在于，所述电阻应变计(1)和柔性连线板(2)上设置有相互定位用的对位标志，所述电阻应变计(1)上设置有三个上对位标(3)和三个定位标(5)，上对位标(3)为“L”型或倒“T”型，三个上对位标(3)等间距排列，三个定位标(5)分别指向三个方向；所述柔性连线板(2)的边框线(11)对应连线端(8)的位置上设有四个与上对位标(3)相对应的下对位标(7)，下对位标(7)为正方形。

3.根据权利要求1所述的一种适用于轧制力传感器的应变计，其特征在于，所述连接线(13)设置有应力环，采用圆弧状的扁丝制成；圆弧状的扁丝的截面高度不大于0.10mm，圆弧状扁丝的圆弧直径大于电阻应变计(1)焊盘(4)与柔性连线板(2)的连线端(8)之间距离的1.1～4倍。

4.根据权利要求1所述的一种适用于轧制力传感器的应变计，其特征在于，

所述防护膜(6)采用厚度为8μm～30μm的改性酚醛或聚酰亚胺防护膜；

所述密封胶层(15)采用热固化型应变胶，所述热固化型应变胶为环氧树脂胶粘剂；

所述连接线(13)为铜丝、镀银铜丝或镀金铜丝。

5.根据权利要求1所述的一种适用于轧制力传感器的应变计，其特征在于，防护膜(6)外周裁剪成具有临时辅助固定作用的防护膜鳍片(12)。

6.一种适用于轧制力传感器的应变计的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤a，用胶粘剂将电阻应变计(1)粘贴在柔性连线板(2)上，通过电阻应变计(1)和柔性连线板(2)上的对位标志进行对位和定位；

步骤b，然后通过高温加热加压装置，使粘贴柔性连线板(2)和电阻应变计(1)的胶粘剂半固化或完全固化，进而将电阻应变计(1)粘接在柔性连线板(2)的预定位置上；

步骤c，用连接线(13)将电阻应变计(1)的焊盘(4)与柔性连线板(2)的连线端(8)钎焊连接，保持低平的焊锡高度，焊锡焊接点需圆润和光滑；

步骤d，在电阻应变计(1)表面和柔性连线板(2)表层覆盖面积大于电阻应变计(1)和柔性连线板(2)的防护膜(6)；所述防护膜(6)通过胶粘剂高温固化后与电阻应变计(1)和柔性连线板(2)密封粘接在一起；

步骤e，将与防护膜(6)形成整体的电阻应变计(1)和柔性连线板(2)进行外形裁剪；在整体的应变计成形后进行裁剪，所裁剪的外形实体为防护膜(6)和柔性连线板(2)；防护膜(6)裁剪成具有临时辅助固定作用的防护膜鳍片(12)；

步骤f，经检验，将外观存在缺陷的废品剔除，合格品进行清洁、测阻和分拣，最终测试合格的即可作为轧制力传感器的应变计。

7.根据权利要求6所述的一种适用于轧制力传感器的应变计的制造方法，其特征在于，步骤a之前，须将电阻应变计(1)和柔性连线板(2)用有机溶剂进行清洁和干燥处理，干燥温度60℃～80℃，时间8分钟～20分钟。

8.根据权利要求6所述的一种适用于轧制力传感器的应变计的制造方法，其特征在于，步骤a中，对位时需借助辅助放大装置，参照上对位标(3)和下对位标(7)进行对位；定位时需要借助辅助放大装置和镊子或杆状工具进行微调整电阻应变计(1)与柔性连线板(2)的相对位置，通过定位标(5)进行定位；所述电阻应变计(1)上设置有三个上对位标(3)和三个定位标(5)，三个上对位标(3)等间距排列，三个定位标(5)分别指向三个方向；所述柔性连线板(2)的边框线(11)对应连线端(8)的位置上设有四个与上对位标(3)相对应的下对位标(7)。

9.根据权利要求6所述的一种适用于轧制力传感器的应变计的制造方法，其特征在于，步骤b中，高温加热加压的参数为135℃加热2小时、压力0.2～0.5MPa，然后165℃加热2小时，无载荷；加压过程中用隔离膜和缓冲膜作为辅助材料，所述隔离膜为0.025mm～0.25mm厚的聚四氟乙烯薄膜，所述缓冲膜为0.5mm～5mm厚度的硅橡胶板。