FR2542447A1 - Force sensor comprising a deformable support and strain gauges - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un capteur de force équipé de jauges de contrainte, pour mesurer des forces de flexion, de cisaillement, de torsion et analogues. The present invention relates to a force sensor equipped with strain gauges, for measuring bending, shearing, torsional and similar forces.
Les capteurs de force connus comportent un support déformable destiné à subir sous l'effet d'une force F une déformation E proportionnelle à F1 une ou plusieurs jauges de contrainte constituées par des élément sensibles résistifs destinés à subir sous l'effet de la déformation E du support une variation ohmique proportionnelle à la déformation E du support. Known force sensors comprise a deformable support intended to undergo under the effect of a force F a deformation E proportional to F1 one or more strain gauges constituted by sensitive resistive elements intended to undergo under the effect of the deformation E of the support an ohmic variation proportional to the deformation E of the support.
Les capteurs de force connus, les moins précis comportent un support déformable de forme simple, tel qu'une poutre travaillant en flexion, ou une lame élastique travaillant en cisaillement, sur lequel on fixe une ou plusieurs jauges de contrainte. The less precise known force sensors comprise a deformable support of simple shape, such as a beam working in bending, or an elastic blade working in shearing, on which one or more strain gauges are fixed.
L imprécision de ces capteurs tient principalement à l'incertitude de la position des jauges de contrainte sur le support déformable et de celle de la force appliquée sur ce dernier ee quSil convient de mesurer. The imprecision of these sensors is mainly due to the uncertainty of the position of the strain gauges on the deformable support and that of the force applied to the latter, which should be measured.
En effet, un écart meme faible sur ces positions engendre des écarts importants sur les signaux électriques émis par les jauges de contrainte. Indeed, even a small difference in these positions generates large differences in the electrical signals emitted by the strain gauges.
Par ailleurs, un écart meme faible sur la position d'application de la force à mesurer sur un support déformable destiné par exemple à mesurer des forces de flexion, peut engendrer une force de torsion qui perturbe considérablement la mesure. Furthermore, even a small difference in the position of application of the force to be measured on a deformable support intended for example to measure bending forces, can generate a torsional force which considerably disturbs the measurement.
Les capteurs de force connus, les plus précis, comportent un support déformable de forme complexe, constitué par exemple par un cadre deformable dont l'une des extrémités est destinée à etre encastrée dans un bati fixe et l'autre extrémité est destinée à être soumise à la force a mesurer. The most precise known force sensors comprise a deformable support of complex shape, constituted for example by a deformable frame, one end of which is intended to be embedded in a fixed frame and the other end of which is intended to be subjected to the force to be measured.
Sur l'une des branches d'un tel cadre déformable on fixe manuellement deux jauges de contrainte distinctesrcons- tituées par des éléments sensibles résistifs qui subissent une variation de leur valeur ohmique sous l'effet de la déformation du cadre. On one of the branches of such a deformable frame, two separate strain gauges are manually fixed, constituted by resistive sensitive elements which undergo a variation in their ohmic value under the effect of the deformation of the frame.
Dans les réalisations les plus perfectionnées, on relie électriquement à ces jauges de contrainte, des composants électroniques de compensation ajustables tels que des potentiomètres miniatures destinés à compenser les défauts de linéarité du signal émis en fonction des contraintes appliquées sur le support déformable. In the most improved embodiments, there are electrically connected to these strain gauges, adjustable electronic compensation components such as miniature potentiometers intended to compensate for the linearity defects of the signal emitted as a function of the stresses applied to the deformable support.
Les capteurs de force précités sont fabriqués selon une technique peu adaptée à la production industrielle en grande série et sont de ce fait d'un prix de revient éleve. The aforementioned force sensors are manufactured according to a technique which is hardly suited to industrial mass production and are therefore of high cost price.
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations précitées en créant un capteur de force de construction simple et peu onéreuse tout en étant très précis. The object of the present invention is to remedy the drawbacks of the abovementioned embodiments by creating a simple and inexpensive construction force sensor while being very precise.
Le capteur de force visé par l'invention, comporte un support déformable destiné à subir sous l'effet d'une force F une déformation z proportionnelle à F, une ou plusieurs jauges de contrainte constituées par des éléments sensibles résistifs destines à subir sous l'effet de la déformation E du support une variation ohmique proportionnelle à la déformation E du support, un ou plusieurs composants de com sensation ajustablespour compenser les imperfections du captueurs un réseau électrique d'interconnexion reliant les éléments sensibles résistifs et les composants de compensation. The force sensor targeted by the invention comprises a deformable support intended to undergo under the effect of a force F a deformation z proportional to F, one or more strain gauges constituted by sensitive resistive elements intended to undergo under effect of the deformation E of the support an ohmic variation proportional to the deformation E of the support, one or more components of adjustable com feel to compensate for the imperfections of the sensors an electrical interconnection network connecting the resistive sensitive elements and the compensation components.
Suivant l'invention ce capteur est caractérisé en ce qu'il est constitué par un module sensible intégré d'une seule pièce, dans lequel les éléments sensibles résistifs, les composants de compensation et le réseau électrique d'in- terconnexion sont intégrés au support déformable selon les techniques modernes de la micro-électronique, ce support déformable étant en un matériau présentant des caractéristiques mécaniques prédéterminées en fonction des contraintes qu'il doit subir et compatible avec la technique utilisée pour intégrer à ce support les éléments sensibles, les composants de compensation et le réseau électrique d'interconnexion et en ce que la disposition des éléments sensibles résistifs sur le support déformable et les caractéristiques de ces éléments sont prédéterminées en fonction des contraintes que le module sensible intégré doit mesurer. According to the invention, this sensor is characterized in that it is constituted by a sensitive module integrated in one piece, in which the resistive sensitive elements, the compensation components and the electrical interconnection network are integrated into the support. deformable according to modern microelectronics techniques, this deformable support being made of a material having predetermined mechanical characteristics according to the stresses which it must undergo and compatible with the technique used to integrate the sensitive elements, the components of this support compensation and the electrical interconnection network and in that the arrangement of the resistive sensitive elements on the deformable support and the characteristics of these elements are predetermined according to the constraints that the integrated sensitive module must measure.
Du fait que le capteur conforme à l'invention soit constitué par un module sensible intégré d'une seule pièce dans lequel tous les composants de mesure, sont lors de la fabrication, intégrés au support déformable selon des techniques modernes de la micro-électronique, ce capteur est par ticulièrement adapté à la production industrielle en grande série et présente ainsi un prix de revient très réduit. Because the sensor according to the invention is constituted by a sensitive module integrated in a single piece in which all the measurement components are, during manufacture, integrated into the deformable support according to modern techniques of microelectronics, this sensor is particularly suitable for industrial mass production and thus has a very low cost price.
On sait d'autre part que les techniques modernes de la micro-électronique permettent d'appliquer sur un support des circuits électriques intégrés extrèmement précis et fiables. We also know that modern microelectronics techniques make it possible to apply extremely precise and reliable integrated electrical circuits to a support.
Les capteurs conformes à l'invention présentent ainsi du fait de leur conception sous forme de modules sensibles intégrés, une excellente précision. The sensors according to the invention thus have, due to their design in the form of integrated sensitive modules, excellent accuracy.
Grace à l'invention, l'utilisateur peut avoir à sa disposition toute une gamme de capteurs fabriqués en grande série qui diffèrent par la forme du support déformable et par la nature et la disposition des éléments sensibles inté- grés et à ce support, présentant ainsi des caractéristiques variées adaptées aux mesures des forces que l'utilisateur désire effectuer. Thanks to the invention, the user can have at his disposal a whole range of mass-produced sensors which differ in the shape of the deformable support and in the nature and arrangement of the sensitive elements integrated and in this support, having thus various characteristics adapted to the measurements of the forces that the user wishes to perform.
Selon une version avantageuse de l'inventionB le support déformable est une lame en acier ressort réfractaire revêtue par une couche d'alumine servant de substrat électriquement isolant pour les éléments résistifs sensibles, les composants de compensation et le réseau électrique d'intr- connexion qui sont appliqués sur ce substrat. According to an advantageous version of the inventionB the deformable support is a blade of refractory spring steel coated with a layer of alumina serving as an electrically insulating substrate for the sensitive resistive elements, the compensation components and the electrical interconnection network which are applied to this substrate.
Cette couche d'alumine peut être déposée sur la lame d'acier par pulvérisation selon un procédé connu. This layer of alumina can be deposited on the steel blade by spraying according to a known method.
Les éléments sensibles résistifs peuvent être déposés sur la couche d'alumine, en utilisant des pates résistives à coefficient de température faible. The resistive sensitive elements can be deposited on the alumina layer, using resistive pastes with a low temperature coefficient.
De même les composants de compensation peuvent être déposés sur la couche d'alumine en utilisant des pâtes résistives présentant au contraire des coefficients de température élevés. Similarly, the compensation components can be deposited on the alumina layer using resistive pastes having, on the contrary, high temperature coefficients.
Selon une version préférée de l'invention, le support déformable comprend quatre éléments sensibles résistifs identiques reliés électriquement de façon à former un pont de Wheatstone. According to a preferred version of the invention, the deformable support comprises four identical resistive sensitive elements electrically connected so as to form a Wheatstone bridge.
Cette disposition des éléments sensibles résistifs est particulièrement adaptée à la réalisation de capteurs à lame de flexion ou à lame de cisaillement. This arrangement of the resistive sensitive elements is particularly suitable for the production of sensors with a flexion blade or with a shear blade.
Dans un premier mode de réalisation, le support déformable du capteur conforme à l'invention est directement ou par le biais de dispositifs élémentaires d'appui ou de fixation soumis à la force à mesurer. In a first embodiment, the deformable support of the sensor according to the invention is directly or by means of elementary support or fixing devices subjected to the force to be measured.
Dans un second mode de réalisation, le module sensible intégré constitué par le support déformable et les éléments sensibles résistifs, les composants de compensation et le réseau électrique d'interconnexion intégré à ce support est monté dans un corps d'épreuve d'une façon telle que ce corps ne transmette au module sensible intégré que la compo sante des contraintes à mesurer, à l'exclusion des composants parasites pouvant nuire à la précision de la mesure. In a second embodiment, the integrated sensitive module constituted by the deformable support and the resistive sensitive elements, the compensation components and the electrical interconnection network integrated into this support is mounted in a test body in such a way that this body transmits to the integrated sensitive module only the component of the stresses to be measured, to the exclusion of parasitic components which may affect the accuracy of the measurement.
Cette dernière réalisation, convient particulièrement à la mesure des forces dont la valeur excède largement celle qui peut être appliquée sur le module sensible intégré seul. This latter embodiment is particularly suitable for measuring forces whose value greatly exceeds that which can be applied to the integrated sensitive module alone.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description ci-après. Other features and advantages of the invention will become apparent in the description below.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs
- la figure 1 est une vue en plan du module sensible intégré d'un capteur de forces conforme à l'invention ,
- la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan Il-Il de la figure 1
- la figure 3 est une vue en plan montrant la disposition de quatre éléments sensibles résistifs sur un support déformable destiné à mesurer des contraintes de flexion,
- la figure 4 est une vue en plan montrant la disposition de quatre éléments sensibles résistifs sur un support déformable destiné à mesurer des contraintes de cisaillement,
- la figure 5 est un schéma électrique montrant la disposition suivant un pont de Wheatstonede quatre éléments sensibles résistifs d'un capteur conforme à l'invention,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un module sensible intégré placé à l'intérieur d'un corps d'épreuve complexe,
- la figure 7 est une vue en plan de ce corps d'épreuve
- la figure 8 est une vue en coupe suivant le plan VLEa-VLLI de la figure 6. In the accompanying drawings given by way of nonlimiting examples
FIG. 1 is a plan view of the integrated sensitive module of a force sensor according to the invention,
- Figure 2 is a sectional view along the plane Il-Il of Figure 1
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of four resistive sensitive elements on a deformable support intended to measure bending stresses,
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of four resistive sensitive elements on a deformable support intended to measure shear stresses,
FIG. 5 is an electrical diagram showing the arrangement along a Wheatstonede bridge of four resistive sensitive elements of a sensor according to the invention,
FIG. 6 is a view in longitudinal section of an integrated sensitive module placed inside a complex test body,
- Figure 7 is a plan view of this test body
- Figure 8 is a sectional view along the plane VLEa-VLLI of Figure 6.
Dans la réalisation des figures 1 et 2, le capteur de force conforme a' l'invention, comprend un support -dé for- mable 1 destiné à subir sous l'effet dXune force Fa une déformation E proportionnelle a cette dernière, sur lequel sont disposées plusieurs jauges de contrainte 3a, 3b, 3c, 3d constituées par des éléments sensibles résistifs destinés à subir sous l'effet de la déformation E du support 1 une variation ohmique proportionnelle à la déformation E du support 1. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the force sensor according to the invention comprises a deformable support 1 intended to undergo under the effect of a force Fa a deformation E proportional to the latter, on which are arranged several strain gauges 3a, 3b, 3c, 3d formed by resistive sensitive elements intended to undergo under the effect of the deformation E of the support 1 an ohmic variation proportional to the deformation E of the support 1.
Dans l'exemple représenté, le support 1 est une lame en acier ressort rectangulaire, présentant à ses coins quatre trous 2 qui permettent de fixer par exemple l'une des ex- trémités de cette lame â un bgti fixe et l'autre extrémité à un organe mécanique soumis à la force F à mesurer. In the example shown, the support 1 is a rectangular spring steel blade, having at its corners four holes 2 which make it possible to fix for example one of the ends of this blade to a fixed bgti and the other end to a mechanical member subjected to the force F to be measured.
La lame-support 1 comporte également des composants, tels que des résistances 4 reliées aux éléments sensibles résistifs 3a, 3d destinés à compenser les imperfections du capteur. The support blade 1 also includes components, such as resistors 4 connected to the resistive sensitive elements 3a, 3d intended to compensate for the imperfections of the sensor.
Les éléments sensibles résistifs 3a, .. 3d sont reliés a' ces composants de compensation 4 et à des bornes 6a, 6b, 6d 0B0 6e de mesure du signal électrique émis par le capteur par un réseau électrique d'interconnexion 5. The resistive sensitive elements 3a, .. 3d are connected to these compensation components 4 and to terminals 6a, 6b, 6d 0B0 6e for measuring the electrical signal emitted by the sensor by an electrical interconnection network 5.
Conformément à lainvention; le capteur ci-dessus, est constitué par un module sensible intégré, d'une seule pièce, dans lequel les éléments sensibles résistifs 3a, 3d, les composants de compensation a et le réseau électrique d'interconnexion 5, sont intégrés au support déformable 1, selon des techniques modernes de la micro-électronieue. In accordance with the invention; the above sensor, is constituted by an integrated sensitive module, in one piece, in which the resistive sensitive elements 3a, 3d, the compensation components a and the electrical interconnection network 5, are integrated into the deformable support 1 , using modern micro-electron techniques.
Par techniques modernes de la micro-électronique on entend, celles utilisées pour la réalisation de circuits intégrés miniatures et comprenant application de couches minces ou épaisses, conductrices, résistives ou isolantes en utilisant des masques ou analogues, les procédés de microgravure par exemple par bombardement ionique et analogue. By modern microelectronics techniques is meant those used for making miniature integrated circuits and comprising application of thin or thick, conductive, resistive or insulating layers using masks or the like, microgravure processes for example by ion bombardment and the like.
Le support déformable 1 est en un matériau présentant des caractéristiques mécaniques prédéterminées en fonction des contraintes qu'il doit subir Ce matériau doit d'autre part ere coinpatible avec les techniques utilisées pour intégrer au support les éléments sensibles résistifs 3a, ... 3d, les composants de compensation 4 et le réseau d'interconnexion 5. The deformable support 1 is made of a material having predetermined mechanical characteristics as a function of the stresses which it must undergo. This material must also be coinpatible with the techniques used to integrate the resistive sensitive elements 3a,... 3d, the compensation components 4 and the interconnection network 5.
Par exemple, la lame-support 1 est réalisée en acier ressort réfractaire conservant ses performances mécaniques après expcsionauxtempératures élevées nécessaires à l'appli- cation des autres composants du module sensible intégré. For example, the support blade 1 is made of refractory spring steel retaining its mechanical performance after expcsionauxtemperature high necessary for the application of the other components of the integrated sensitive module.
Comme on l'expliquera plus en detail plus loin à l'aide d'exemples, la disposition des éléments sensibles résistifs 3a, ... 3d, des composants de compensation 4 et du réseau électrique d'interconnexion 5 et les caractéristiques de ces derniers sont prédéterminées en fonction des contraintes que le module sensible intégré doit mesurer. As will be explained in greater detail below with the aid of examples, the arrangement of the resistive sensitive elements 3a,... 3d, the compensation components 4 and the electrical interconnection network 5 and the characteristics of the latter. are predetermined according to the constraints that the integrated sensitive module must measure.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, la lame-support 1 est recouverte par une couche d'alumine 7 qui est obtenue par pulvérisation de poudre d'alumine et qui sert de substrat isolant aux éléments sensibles résistifs 3a, ... 3d, aux composants de compensation 4 et au réseau électrique d'interconnexion 5. In the example shown in Figures 1 and 2, the support blade 1 is covered by an alumina layer 7 which is obtained by spraying alumina powder and which serves as an insulating substrate for the resistive sensitive elements 3a, .. 3d, to the compensation components 4 and to the electrical interconnection network 5.
Les éléments sensibles 3a, ... 3d peuvent être appliqués sur le substrat d'alumine 7 en utilisant les méthodes de dépôt de couches minces, telle que effet
Joule, pulvérisation cathodique ou dépôt chimique, bien connues de l'homme de l'art. Ces éléments sensibles seront constitués de matériaux piézorésistifs à faible coefficient de température. Tel est le cas, par exemple, des alliages nickel-chrome, nickel-cuivre et chromesilicium.The sensitive elements 3a, ... 3d can be applied to the alumina substrate 7 using the thin film deposition methods, such as effect
Joule, sputtering or chemical deposition, well known to those skilled in the art. These sensitive elements will be made of piezoresistive materials with a low temperature coefficient. This is the case, for example, of nickel-chromium, nickel-copper and chromesilicon alloys.
Les composants de compensation de zéro et de compensation thermique ainsi que le réseau d'interconnexion, seront appliqués aussi sur le substrat 7 en utilisant les mêmes méthodes. The zero compensation and thermal compensation components as well as the interconnection network, will also be applied to the substrate 7 using the same methods.
Des effets nouveaux et lntéressants sont obtenus lorsque (voir figures 3 et 4) le support déformable la, lb comprend quatre éléments sensibles résistifs identiques 8a, 8b, 8c, Sd ; 9a, 9b, 9c, 9d reliés électriquement de façon à former un pont de Wheatstone,comme indiqué sur la figure 5. New and interesting effects are obtained when (see FIGS. 3 and 4) the deformable support 1a, 1b comprises four identical sensitive resistive elements 8a, 8b, 8c, Sd; 9a, 9b, 9c, 9d electrically connected so as to form a Wheatstone bridge, as shown in Figure 5.
Dans le cas de la réalisation-de la figure 3, les quatre éléments sensibles résistifs 8a, 8b, Bc, Sd sont disposés sur une lame-support la dont l'une des extrémités est encastrée dans une partie fixe 10 (par exemple le baAti de l'appareil de mesure) et dont l'autre extrémité ll est destiné née à être soumise à une force F perpendiculaire au plan de la lame la qui a pour effet de faire travailler la lame la en flexion. In the case of the embodiment of FIG. 3, the four resistive sensitive elements 8a, 8b, Bc, Sd are arranged on a support blade 1a of which one end is embedded in a fixed part 10 (for example the baAti of the measuring device) and the other end of which is intended to be subjected to a force F perpendicular to the plane of the blade la which has the effect of making the blade work in flexion.
Les quatre éléments sensibles résistifs 8a, 8b, 8c, 8d sont disposés au sommets d'un rectangle dont 1D Lzne des médianes M est confondue avec l'axe d'allongement de la lame la. Ainsi lorsque la lame la subit un effort de flexion, les deux éléments sensibles résistifs 8a et 8d sont contraints en traction et les deux autres éléments sensibles résistifs 8b et 8c sont contraints en compression. The four resistive sensitive elements 8a, 8b, 8c, 8d are arranged at the vertices of a rectangle, of which 1D Lzne of the medians M coincides with the axis of elongation of the blade 1a. Thus when the blade undergoes a bending force, the two resistive sensitive elements 8a and 8d are constrained in tension and the two other resistive sensitive elements 8b and 8c are constrained in compression.
On peut montrer que la variation relative de la tension V aux bornes du pont de Wheatstone(voir figure 5) est proportionnelle à la déformation E subie par la lame la sous l'effet de la force F c'est-à-dire h V = KE
V
Dans le cas de la lame la travaillant en flexion, on montre que :
V
In the case of the blade working in flexion, we show that:
Le terme de non linéarité
est, lorsque K = 10, s = 0,3 et E = 10 égal à
ego 0087 qui est très voisin de l'unité, de sorte que
peut être considéré comme proportionnel à E.The term of nonlinearity
is, when K = 10, s = 0.3 and E = 10 equal to
ego 0087 which is very close to unity, so that
can be considered proportional to E.
V
Dans le cas de la réalisation selon la figure 4, la lame-support lb destinée à mesurer des contraintes de cisaillement présente une extrémité encastrée dans une partie fixe 12 et une extremité opposée encastrée dans une partie mobile 13 destinée à subir une force F appliquée perpendiculairement à la lame lb engendrant sur celle-ci une contrainte de cisaillement.V
In the case of the embodiment according to FIG. 4, the support blade 1b intended for measuring shear stresses has an end embedded in a fixed part 12 and an opposite end embedded in a mobile part 13 intended to undergo a force F applied perpendicularly to the blade lb generating on it a shear stress.
Les quatre éléments sensibles résistifs 9a, 9b, 9c, 9d sont disposés aux sommets d'un rectangle dont l'une des diagonales D est confondue avec la direction d'allongement de la lame lb qui s'étend entre les parties 12 et 13. The four resistive sensitive elements 9a, 9b, 9c, 9d are arranged at the vertices of a rectangle one of the diagonals D of which coincides with the direction of elongation of the blade lb which extends between the parts 12 and 13.
Lorsque la lame-support lb subit un effort de cisail lement, les éléments sensibles résistifs 9a et 9d sont contraints en traction tandis que les éléments sensibles résistifs 9c et Sb sont contraints en compression par rapport à la direction d'allongement de la lame lb. When the support blade lb undergoes a shearing force, the resistive sensitive elements 9a and 9d are constrained in tension while the resistive sensitive elements 9c and Sb are constrained in compression relative to the direction of elongation of the blade lb.
On peut montrer que dans ce cas
AV = 2 E
7
Les capteurs représentés sur les figures 3 et 4, illustrent deux exemples de réalisation particulièrement simples qui permettent d'obtenir moyennant une disposition simple des éléments sensibles résistifs 8a, .. Sd et 9a, 9d des capteurs présentant des caractêristiques prédétermi- nées et adaptées aux contraintes que l'on veut mesurer.We can show that in this case
AV = 2 E
7
The sensors represented in FIGS. 3 and 4 illustrate two particularly simple embodiments which make it possible to obtain, with a simple arrangement, sensitive resistive elements 8a,... Sd and 9a, 9d, sensors having predetermined characteristics and adapted to constraints that we want to measure.
En modifiant les caractéristiques mécaniques des lames-supports la et lb et la valeur ohmique des éléments sensibles résistifs 8a, ... 8d ; 9a, ... 9d intégrés à ces lames, on comprend que l'on fabriquer toute une gamme de capteurs modulaires présentant des caractéristiques mecani- ques et électriques adaptées aux contraintes que l'on veut mesurer et qui sont directement utilisables après encastremeut dans l'appareil à mesurer. By modifying the mechanical characteristics of the support blades 1a and 1b and the ohmic value of the resistive sensitive elements 8a, ... 8d; 9a, ... 9d integrated into these blades, we understand that we manufacture a whole range of modular sensors with mechanical and electrical characteristics adapted to the constraints that we want to measure and which are directly usable after installation in the device to measure.
Dans la réalisation des figures 6 à 8, le module sensible intégré lc, constitué par une lame-support en acier auquel sont intégrés les éléments sensibles résistifs, les composants de compensation et le réseau électrique d'interconnexion est monté à l'intérieur d'un corps d'épreuve complexe. In the embodiment of FIGS. 6 to 8, the integrated sensitive module lc, constituted by a steel support blade in which the resistive sensitive elements, the compensation components and the electrical interconnection network are integrated, is mounted inside a complex test body.
Ce corps d'épreuve comprend un tube cylindrique rigide 10, par exemple en acier, fermé à ses extrémités opposées par des embouts rigides lla, llb qui peuvent également être en acier. This test body comprises a rigid cylindrical tube 10, for example of steel, closed at its opposite ends by rigid end pieces 11a, 11b which can also be made of steel.
Ces embouts rigides lla, llb font saillie de part et d'autre du tube rigide 10. Les parties en saillies de ces embouts rigides lla, llb sont destinées respectivement à être encastrées dans uns partie fixe et une partie mobile soumise à la force que l'on veut mesurer. These rigid end pieces lla, llb protrude on either side of the rigid tube 10. The protruding parts of these rigid end pieces lla, llb are intended respectively to be embedded in a fixed part and a movable part subjected to the force that the 'we want to measure.
Les embouts rigides llav llb comportent à cet effet des méplats 13a, 13b qui permettent d'obtenir un encastrement efficace du corps d'épreuve aux parties précitées de l'appareil de mesure. The rigid ends llav llb for this purpose have flats 13a, 13b which allow an effective embedding of the test body to the aforementioned parts of the measuring device.
Le module sensible intégré, en forme de lame îc s'étend à l'intérieur du tube 10 entre les deux embouts lla et llb, dans un plan axial P du tube 1O. The integrated sensitive module, in the form of a blade îc extends inside the tube 10 between the two end pieces 11a and 11b, in an axial plane P of the tube 10.
Les extrémités opposées de la lame lc sont encastrées dans des fentes 12axe 12b ménagés dans les embouts lla, llb. The opposite ends of the blade lc are embedded in 12axis 12b slots formed in the end pieces lla, llb.
Lorsque le capteur complexe que l'on vient de décrire est soumis à des contraintes, le corps d'épreuve ne transmet au module sensible intégré lc qu'une partie de ces contraintes. When the complex sensor that has just been described is subjected to constraints, the test body transmits to the integrated sensitive module lc only a part of these constraints.
Du fait de la structure de ce corps d'épreuve, les contraintes appliquées sur le module sensible intégré 1g sont débarassées des composantes parasites des contraintes appliquées sur le corps d'épreuve, de sorte que l'on obtient une très grande précision de la mesure
Par ailleurs, ce corps d'épreuve, protège efficacement le module sensible intégré le contre les chocs mécaniques et les agents agressifs ou polluants extérieurs.Due to the structure of this test body, the stresses applied to the integrated sensitive module 1g are rid of the parasitic components of the stresses applied to the test body, so that very high measurement accuracy is obtained.
Furthermore, this test body effectively protects the integrated sensitive module against mechanical shock and aggressive agents or external pollutants.
On comprend qu'à partir du principe de la réalisation représentée sur les figures 6 à 8 on peut produire toute une gamme de capteurs modulaires présentant des caractéristiques prédéterminées, en modifiant la dimension du corps d'épreuve et de la lame-support du module sensible intégré lc, ainsi que la disposition et la valeur ohmique des éléments sensibles résistifs intégrés à la lame-support. We understand that from the principle of the embodiment shown in Figures 6 to 8 we can produce a range of modular sensors with predetermined characteristics, by changing the size of the test body and the support blade of the sensitive module integrated lc, as well as the arrangement and the ohmic value of the resistive sensitive elements integrated into the support blade.
Par ailleurs, à partir d'un même module sensible résistif, il est possible de réaliser toute une gamme de capteurs présentant des caractéristiques prédéterminées, simplement en modifiant le corps d'épreuve extérieur. Furthermore, from the same resistive sensitive module, it is possible to produce a whole range of sensors having predetermined characteristics, simply by modifying the external test body.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exem ples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples just described and many modifications can be made to them without departing from the scope of the invention.
Ainsi, le support déformable du capteur modulaire conforme à l'invention peut avoir une forme autre que celle d'une lame, l'essentiel étant que cette forme soit compatible avec l'intégration au support déformable, des composants sensibles du capteur, selon les techniques modernes de la micro-électronique. Thus, the deformable support of the modular sensor according to the invention may have a shape other than that of a blade, the main thing being that this shape is compatible with the integration into the deformable support of sensitive components of the sensor, according to the modern techniques of microelectronics.
Par ailleurs, l'ensemble intégré constitué par les éléments sensibles résistifs, les composants de compensation et le circuit électrique d'interconnexion peut encore être réalisé par dépôt sous vide d'alliages métalliques sur un ruban en matière plastique constituant le substrat isolant des composants précités. Furthermore, the integrated assembly consisting of the resistive sensitive elements, the compensation components and the electrical interconnection circuit can also be produced by vacuum deposition of metal alloys on a plastic tape constituting the insulating substrate of the aforementioned components. .
Ce ruban isolant est ensuite collé sur le support déformable, après enduction de la face non-active du ruban et ajustage éventuel des éléments sensibles résistifs et/ou des composants de compensation déposés sur le ruban. This insulating tape is then bonded to the deformable support, after coating the non-active face of the tape and possible adjustment of the resistive sensitive elements and / or of the compensation components deposited on the tape.
Par ailleurs, les éléments sensibles résistifs, les composants de compensation et le circuit électrique d'interconnexion peuvent également être réalisés en appliquant sur le support déformable des polymères résistifs et/ou conducteurs du type P T F tels qu'une résine diallyphtalate chargée de particules conductrices comme le noir de carbone. Furthermore, the resistive sensitive elements, the compensation components and the electrical interconnection circuit can also be produced by applying resistive and / or conductive polymers of the PTF type to the deformable support such as a diallyphthalate resin charged with conductive particles such as carbon black.
Toutes ces techniques modernes de la micro-électronique permettent de réaliser sur le support déformable, un circuit électrique comprenant des éléments sensibles résistifs, des composants de compensation et un circuit d'interconnexion, présentant des caractéristiques extrèmement précises et parfaitement reproductibles lors d'une fabrication en très grande série. All these modern techniques of microelectronics make it possible to produce on the deformable support, an electrical circuit comprising sensitive resistive elements, compensation components and an interconnection circuit, having extremely precise characteristics and perfectly reproducible during manufacture. in very large series.
D'autre part, la lame 1, la, lb, lc constituant le support déformable, peut être en matière céramique telle que l'alumine, au lieu d'être en acier. On the other hand, the blade 1, la, lb, lc constituting the deformable support, may be made of ceramic material such as alumina, instead of being of steel.
Claims (8)
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| FR8304006A FR2542447B1 (en) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | FORCE SENSOR COMPRISING A DEFORMABLE SUPPORT AND STRESS GAUGES |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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| FR8304006A Expired FR2542447B1 (en) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | FORCE SENSOR COMPRISING A DEFORMABLE SUPPORT AND STRESS GAUGES |
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| Country | Link |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2542447B1 (en) | 1985-10-18 |
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