CN1288152A - 带有可变形支架的电容式力敏传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有可变形支架的电容式力敏传感器,属物理测量仪器领域。该传感器由电容极板、不变形支架、可变形支架等部分组成。电容极板固定在不变形支架上,不变形支架固定在可变形支架的中间部位,当外力作用于可变形支架时,两电容极板的间距发生变化,由此实现传感功能。

Description

带有可变形支架的电容式力敏传感器

本发明涉及一种带有可变形支架的电容式力敏传感器，属物理测量仪器领域。

目前已有的电容式力敏传感器种类繁多，如申请号为93118056.2的中国发明专利，其结构如图1所示。图中101是可变形支架，102是径向不变形支架，103是轴向不变形支架，104是可动电容极板，105是导电薄层，106是粘结材料，107是盖板，108是导电薄层。导电薄层108构成传感电容的定极板，它位于传感器可变形支架的一端。外力沿轴线方向作用于可变形支架使电容极板间距变化从而实现传感功能。然而，在实际应用时，由于机械传力方面的因素，同样的外力每次作用在传感器可变形支架上的方向、位置均略有不同，致使可动极板在相同外力作用下每次的动作情况有微小差异，影响了传感器的重复精度。

本发明的目的是克服已有的不足之处，提出一种电容式力敏传感器可变形支架和不变形支架以及电容极板的新结构，使它在保持高灵敏度的同时具有很好的抗弯性能，从而提高其重复精度，且结构简单，便于使用成熟技术，大批量，高度一致性的生产。

本发明的内容是带有可变形支架的电容式力敏传感器，它由电容极板，不变形支架，可变形支架等部分组成。

其特点之一是可变形支架是直杆状的、直管状或片状的，这便于低成本、大批量地生产具有高度一致性的产品。

其特点之二是为克服传力过程中附加的不规则弯矩，本发明从结构上采取了以下三点措施。

1、由于这种不规则弯矩造成的可变形支架的不规则弯曲主要发生在端部力的作用点附近，故本发明中不变形支架处于可变形支架的中间部位以避开这一区域，从而减少这种不规则弯曲的影响。

2、把所发明的传感器对称装配成一个整体，让外力作用线通过这个传感器整体的中心线，从而大大提高传感器整体的抗弯强度以进一步减少不规则弯矩的影响。

3、两电容极板一大一小，一凸一凹，这样两电容极板之间因可变形支架不规则弯曲造成的基本上是沿着某径向弧线的微小位移不会明显改变传感电容的电容量。

附图说明：

图1是已有技术结构的示意图。

图2、3、4、5、6、7是本发明的6个实施例。

下面结合附图详细说明本发明的内容。

图2是本发明的第一个实施例。图中1是杆状可变形支架，2为不变形支架，4、5为电容极板，它用玻璃或陶瓷等绝缘材料制成。6为电容极板上的导电薄铝层，7为粘结材料，如环氧树脂，低熔点玻璃等。不变形支架2套在可变形支架1上并用点焊机焊接。电容极板4和5通过粘接材料7与不变形支架2粘结。外力施于可变形支架1两端，可变形支架突出不变形支架2适当长度是因为传力机构附加的不规则弯矩造成的可变形支架1的弯曲主要集中在力作用点附近。不变形支架2避开这一区域也就是避开了支架1的大部份不规则附加弯曲形度。这种形变的后果是使两电容极板之间发生附加位移，位移的轨迹是一段与径向相切的弧线。为进一步克服两电容板极的这种附加位移以提高其重复精度，应使两电容极板一大一小一凸一凹，凸凹的曲率半径等于上述弧线的半径。由于传感器所受的负荷有大有小，两个支架的参数也随情况而变，对特定用途的传感器，应通过试验取一个最佳电容极板的曲率半径。

图3所示是本发明的第二个实施例。图中1′是管状可变形支架，2是轴向管状不变形支架，3是径向不变形支架，4和5是带有导电铝层6的电容极板，7是粘结材料如低熔点玻璃，8是承接外力的盖板。当外力通过盖板8的凹孔施于可变形支架1′时，电容极板的间距发生变化。不变形支架2应有适当长度以保证传感器的灵敏度，不变形支架3与盖板8的适当距离是为了保证器件的重复精度。在保证一定的刚度及灵敏度的情况下，可变形支架1′的直径越大，其抗弯性能越好，重复精度也就越高。

图4是本发明的第3个实施例。图中圆片状的可变形支架9本身包含了不变形的支架，电容极板4、5被粘结在不变形支架的尖端。图中10为传力孔，外力通过传力孔施加到可变形支架9上。为增强其抗弯性能，可以参照图5所示的实施例把几个这样的传感器并列使用，它们以传感器中线为轴旋转对称。

图5是本发明的第4个实施例，它的四个杆状的可变形支架1相互平行，分别位于传力板11的四角，其上各焊接一个不变形支架2，电容极板4、5用粘接材料7粘接到这个不变形支架2上。

本实施例使可变形支架离开中轴线，意在提高其重复精度。显然，这种传感器也可由几个如图2所示的传感器旋转对称地焊接或粘结到传力板11上制成。粘结材料可以是环氧树脂，也可以是低熔点玻璃。一般情况下这几个传感器的可变形支架彼此平行。

图6是本发明的第5个实施例，图中传力板11具有足够的厚度，它同时又是不变形支架。

图7是本发明的第6个实施例，它的两个传力板11上的导电薄铝层即为传感电容的两个极板，用光刻法形成。

上述传感器的可变形支架可以用金属或非金属弹性材料制造，如弹簧钢、陶瓷、石英、单晶硅等，电容极板均采用绝缘材料如玻璃、陶瓷制造，导电薄铝层厚度约为3000，采用真空蒸镀法形成，它们应达到极板的背面或侧面以便超声压焊引线。在装配过程中对可变形支架施一定的压力等不变形支架、可变形支架(或不变形支架的可变形部分)、电容极板焊接或粘接固定后，把压力撤去即形成精确的微小极间距。

本发明结构简单，装配容易，各零部件便于利用成熟技术大批量高精度生产，传感电容的微小极间距便于保证，它将以其优越的性能价格比获得广泛应用。

Claims (4)

1、一种电容式力敏传感器，包括不变形支架，可变形支架，电容极板，所述的电容极板与不变形支架固定在一起，不变形支架又连结在可变形支架上，其特征在于，可变形支架是直杆状或或直管状或片状的，两电容极板一大一小，一凸一凹。

2、如权利要求1所述的力敏传感器，其特征在于，两个不变形支架都固定在可变形支架的中间部位，可变形支架突出不变形支架适当长度。

3、如权利要求1所述的力敏传感器，其特征在于，几个这样的传感器以中线为轴旋转对称地安装在两个平行的传力板之间。

4、如权利要求1所述的力敏传感器，其特征在于，可变形支架与不变形支架没有明显的分界合成一个整体。