CN112781759B - 一种压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括绝缘基底层和覆盖在该绝缘基底层上方的绝缘覆盖层，其中，该绝缘基底层为纸，该绝缘覆盖层为绝缘橡胶，并且，该绝缘覆盖层下方设有导电层，该绝缘基底层上方设有石墨线；本申请实施例采用纸和绝缘橡胶分别作为基底和覆盖层，石墨线作为导电活性材料，从而解决了压力传感器成本较高的技术问题，实现了降低压力传感器成本，简化制备过程的技术效果。

Description

一种压力传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器能够感测环境中的压力信号，并将该压力信号转化为可测量的例如电信号，从而根据电信号的变化测量环境中的压力。其中，压阻式压力传感器基于压阻效应，环境中的压力变化会转化为电阻变化，从而根据该电阻变化描述压力变化情况，压阻式压力传感器的一个重要应用在于电子皮肤，在医疗、人机交互等领域具有广泛应用前景。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中，该压力传感器通常成本较高，且制备过程繁琐。

发明内容

本申请实施例提供一种压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括绝缘基底层和覆盖在该绝缘基底层上方的绝缘覆盖层，其中，该绝缘基底层为纸，该绝缘覆盖层为绝缘橡胶，并且，该绝缘覆盖层下方设有导电层，该绝缘基底层上方设有石墨线；本申请实施例采用纸和绝缘橡胶分别作为基底和覆盖层，石墨线作为导电活性材料，从而解决了压力传感器成本较高的技术问题，实现了降低压力传感器成本，简化制备过程的技术效果。

本申请实施例提供一种压力传感器，包括：

绝缘覆盖层，所述绝缘覆盖层的下面设有导电层；

绝缘基底层，所述绝缘基底层位于所述绝缘覆盖层下方，所述绝缘基底层上面设有不间断的石墨线，所述石墨线的两端引出有铜导线；

其中，所述绝缘基底层为纸，所述导电层的导电率大于所述石墨线的导电率。

本公开实施例中，所述石墨线为螺旋线。

本公开实施例中，所述螺旋线内圈部分的导电性大于所述螺旋线外圈部分的导电性。

本公开实施例中，所述石墨线为铅笔画出。

本公开实施例中，所述螺旋线外圈部分为2H铅笔画出，所述螺旋线内圈部分为4B铅笔画出。

本公开实施例中，所述绝缘覆盖层为绝缘橡胶，所述导电层为导电碳油层。

本申请实施例还提供一种压力传感器的制备方法，所述制备方法包括：

在绝缘橡胶的下面涂覆导电碳油并晾干，构成绝缘覆盖层；

在纸上面设置不间断的石墨线，并在石墨线的两端分别连接铜导线，构成绝缘基底层，其中，所述导电碳油的导电率大于所述石墨线的导电率；

使导电碳油与石墨线相对，将绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方。

本公开实施例中，所述在纸上面设置不间断的石墨线的步骤包括：

在纸上面用铅笔画出不间断的石墨线。

本公开实施例中，所述石墨线为螺旋线。

本公开实施例中，所述在纸上面用铅笔画出不间断的石墨线的步骤包括：

用2H铅笔画出所述螺旋线的外圈部分；

用4B铅笔画出所述螺旋线的内圈部分；

其中，所述内圈部分与所述外圈部分连接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中，该压力传感器的绝缘基底层为纸，然后在纸上设置不间断地石墨线，石墨线的两端引出铜导线，该压力传感器的绝缘覆盖层下面设置导电层，该导电层的导电率大于该石墨线的导电率；

这样，当绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方时，由于石墨线与导电层接触不良，电阻较大；当给绝缘覆盖层上方施加一定压力时，该导电层与石墨线部分接触，并且由于导电层的导电率大于该石墨线的导电率，此时，该压力传感器的电阻降低；当给绝缘覆盖层上方施加压力增大时，该导电层与石墨线接触部分增多，此时，该压力传感器的电阻再次降低；这样，石墨线两端引出的铜导线测量的电阻值即可反映该压力传感器受到的压力变化情况；并且，该压力传感器采用纸和在纸上画出的石墨线作为基底层，大大降低了压力传感器的成本，并且简化制备过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中所述压力传感器的结构示意图。

图2为本申请实施例中所述压力传感器的剖视结构示意图。

图3为本申请实施例中所述螺旋线的示意图。

图4为本申请实施例中不同硬度铅笔的电阻随直线距离的变化情况示意图。

图5为本申请实施例中所述压力传感器在不同压力情况下导电率的变化情况示意图。

其中，附图标记：

10-绝缘覆盖层，11-导电层，

20-绝缘基底层，21-石墨线，22-内圈部分，23-外圈部分，24-铜导线，25-通孔，

31-4H铅笔，32-2H铅笔，33-HB铅笔，34-2B铅笔，35-4B铅笔。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

图1示出了根据本申请实施例的压力传感器的结构示意图，图2示出了根据本申请实施例的压力传感器的剖视结构示意图。

如图1、图2所示，本申请实施例提供的一种压力传感器，该压力传感器包括绝缘覆盖层10和绝缘基底层20，其中，该绝缘基底层20设置在绝缘覆盖层10下方，该绝缘基底层20为纸，在绝缘覆盖层10下面设有导电层11，在绝缘基底层20上面设有不间断的石墨线21，即该石墨线21没有断点，然后在石墨线21的两端分别引出有铜导线24；该导电层11的导电率大于该石墨线21的导电率。

本实施例中，该导电层11在绝缘覆盖层10下面为二维的平面设置，该石墨线21在绝缘基底层20上面为一维的线状设置；

同时为了不影响测量，可以在纸上石墨线的两个端点处设置通孔25，然后铜导线从纸的下面穿过通孔分别连接在石墨线两端；能够理解，为了不影响测量，该石墨线应保持宽度一致。

这样，当绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方时，由于石墨线与导电层接触不良，并且螺旋线为细长状，电阻较大；当给绝缘覆盖层上方施加一定压力时，该导电层与石墨线部分接触，并且由于导电层的导电率大于该石墨线的导电率，此时，电流部分流经导电层，该压力传感器的电阻降低；当给绝缘覆盖层上方施加压力增大时，该导电层与石墨线接触部分增多或者全部接触，此时，电流全部流经导电层，该压力传感器的电阻急剧减小；

这样，压力越大，导电层与石墨线的接触面积越大，电流流经导电层的部分越多，导致电阻越小，即，石墨线两端引出的铜导线测量的电阻值即可反映该压力传感器受到的压力变化情况；例如可以通过半导体测试仪测出石墨线两端在压力扫描范围－10V～10V之间的电流变化，通过电流-电压关系即可得到该压力传感器的电阻变化情况，进而得到该压力传感器受到的压力变化情况；

并且，该压力传感器采用纸和在纸上画出的石墨线作为基底层，大大降低了该压力传感器的成本，并且简化了制备过程。

一种可能实施方式中，结合图3，该石墨线21为螺旋线。

通过将石墨线设置为螺旋线，可以在有限的绝缘基底层上布置较长的石墨线，从而减小了在石墨线较短时造成的测量误差较大的可能性。

一种可能实施方式中，该绝缘覆盖层10为绝缘橡胶，该导电层11为导电碳油层。

本实施例中，该绝缘覆盖层可以采用例如硅橡胶(Ecoflex)，该硅橡胶环保、无毒且可降解、成本低，该导电碳油成本低；本领域能够知晓，例如该Ecoflex的制备过程为：按照前驱体和固化剂1:1混合，搅拌均匀，然后放在50℃下固化半小时，即可得到绝缘橡胶层，然后在该绝缘橡胶层下方涂覆市售的导电碳油，晾干，构成导电层即可。

一种可能实施方式中，该石墨线21为铅笔画出。

采用铅笔在纸上画出石墨线，可以保证该石墨线的导电率低于该导电层的导电率，并且采用廉价的铅笔画出石墨线，大大降低了该压力传感器的成本。

一种可能实施方式中，该螺旋线内圈部分22的导电性大于该螺旋线外圈部分23的导电性，例如结合图3，该内圈部分和外圈部分用不同宽度的线表示导电性不同。

压力传感器在被施加压力时，该压力传感器的感受压力部分的区域中，外部区域受到的压力大于内部区域受到的压力，并且现有压力传感器中，该外部区域(高压力区)的灵敏度(ΔR/R)小于该内部区域(低压力区)的灵敏度，为了使该压力传感器在感受压力部分的区域中灵敏度保持一致，本申请实施例中，将该内圈部分的导电性设置为大于外圈部分的导电性，即外圈部分的电阻大于内圈部分的电阻，这样，在增大外圈部分的灵敏度同时减小了内圈部分的灵敏度，使得该压力传感器的外圈部分和内圈部分的灵敏度趋于一致，进而使得该压力传感器的测量值可靠性增大；

并且能够了解，在普通铅笔中，B的数值越大，石墨含量越高，导电性越好，H的数值越大，石墨含量越低，导电性越差，例如结合图4所示，图4示出了不同硬度铅笔(4H、2H、HB、2B、4B)的电阻随直线距离(0.1～3.5cm)的变化情况；本实施例中，该螺旋线可以采用不同硬度的铅笔分别画出螺旋线的内圈部分和外圈部分，其中，该螺旋线的外圈部分采用H数值大的铅笔画出，该螺旋线的内圈部分可以采用B数值大的铅笔画出，这样，可以保证该螺旋线的内圈部分的导电性大于该螺旋线外圈部分的导电性；

具体的，例如该螺旋线的内圈部分采用4B铅笔画出，该螺旋线的外圈部分采用2H铅笔画出。

上述实施例中，结合图5，该压力传感器的两根铜导线连接半导体测试仪，然后半导体测试仪施加压力扫描范围为－10V～10V，得到电流变化情况，根据电流和电压关系得到该压力传感器的导电率或电阻率的变化，该导电率或电阻率变化即可反映压力传感器受到的压力情况。

本申请实施例还提供上述压力传感器的制备方法，该制备方法包括：

S1，在绝缘橡胶的下面涂覆导电碳油并晾干，构成绝缘覆盖层；

S2，在纸上面设置不间断的石墨线，并在石墨线的两端分别连接铜导线，构成绝缘基底层，其中，该石墨线的导电率小于该导电碳油的导电率；

S3，使导电碳油与石墨线相对，将绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方。

能够理解，上述S1和S2之间无先后顺序，可以首先制备绝缘覆盖层，或者首先制备绝缘基底层。

本实施例中，该绝缘橡胶可以采用廉价、具有一定柔韧性的绝缘橡胶，保证该压力传感器在应用时能够贴合不同的待测平面；该导电碳油采用市售导电碳油；为了不影响测量，可以在纸上石墨线的两个端点处设置通孔，然后铜导线穿过通孔分别连接在石墨线两端；然后将绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方，从而构成该压力传感器。

一种可能实施方式中，所述在纸上面设置不间断的石墨线的步骤包括：

在纸上面用铅笔画出不间断的石墨线。

能够理解，该石墨线应保持宽度一致。

一种可能实施方式中，所述石墨线为螺旋线。

一种可能实施方式中，所述在纸上面用铅笔画出不间断的石墨线的步骤包括：

用2H铅笔画出所述螺旋线的外圈部分；

用4B铅笔画出所述螺旋线的内圈部分；

其中，所述内圈部分与所述外圈部分连接。

一种具体实施方式中，该压力传感器的制备过程为：

(1)、Ecoflex按照前驱体与固化剂1：1混合，搅拌均匀，放在50℃下固化半小时，然后用刷子涂上市售的导电碳油，晾干，作为绝缘覆盖层；

(2)、在纸上用2H铅笔画出螺旋线外圈部分，用4B铅笔画出螺旋线内圈部分，将螺旋线的两端用铜导线引出，作为绝缘基底层；

(3)、将绝缘覆盖层盖在绝缘基底层上方，绝缘覆盖层上方放置数显压力计，调节参数，施加不同压力；同时用半导体测试仪分别测出压力扫描范围-10V-10V的电流的变化。

上述实施例中，该压力传感器的结构和制备过程简单，所用材料成本廉价、环保可降解，并且能够使得压力传感器的外圈部分和内圈部分的灵敏度趋于一致，保证了测量值的可靠性。同时该压力传感器具有质量轻、成本低、环保节能和便于维护等优点。为解决传统压力计的能耗问题和自驱动压力传感器的实现提供了新的途径，具有重要的研究和实践应用价值。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

绝缘覆盖层，所述绝缘覆盖层的下面设有导电层；

绝缘基底层，所述绝缘基底层位于所述绝缘覆盖层下方，所述绝缘基底层上面设有不间断的石墨线，所述石墨线的两端引出有铜导线；

其中，所述绝缘基底层为纸，所述导电层的导电率大于所述石墨线的导电率；所述石墨线为螺旋线，所述螺旋线内圈部分的导电性大于所述螺旋线外圈部分的导电性，使得所述压力传感器的感受压力部分的区域中外部区域受到的压力大于内部区域受到的压力时，灵敏度保持一致；所述石墨线为铅笔画出。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述螺旋线外圈部分为2H铅笔画出，所述螺旋线内圈部分为4B铅笔画出。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述绝缘覆盖层为绝缘橡胶，所述导电层为导电碳油层。

4.一种压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

在绝缘橡胶的下面涂覆导电碳油并晾干，构成绝缘覆盖层；

在纸上面设置不间断的石墨线，并在石墨线的两端分别连接铜导线，构成绝缘基底层，其中，所述石墨线为螺旋线，所述导电碳油的导电率大于所述石墨线的导电率；

使导电碳油与石墨线相对，将绝缘覆盖层覆盖在绝缘基底层上方；

其中，所述在纸上面设置不间断的石墨线的步骤包括：

用2H铅笔画出所述螺旋线的外圈部分；

用4B铅笔画出所述螺旋线的内圈部分；

其中，所述内圈部分与所述外圈部分连接。

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