ITRM970679A1 - Striscia estensimetrica a resistenza e sue applicazioni - Google Patents

Striscia estensimetrica a resistenza e sue applicazioni Download PDF

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ITRM970679A1
ITRM970679A1 IT000679A ITRM970679A ITRM970679A1 IT RM970679 A1 ITRM970679 A1 IT RM970679A1 IT 000679 A IT000679 A IT 000679A IT RM970679 A ITRM970679 A IT RM970679A IT RM970679 A1 ITRM970679 A1 IT RM970679A1
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sensitive element
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Vladimir V Kaminsky
Pavel Miodushevsky
Nicolay M Volodin
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Powerco S R L
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Description

DESCRIZIONE dell ' invenzione industriale dal titolo : "STRISCIA ESTENS IMETRI CA A RESISTENZA E SUE APPLICAZIONI"
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha come oggetto una striscia estensimetrica, del tipo realizzato a base di materiale semiconduttore, applicabile meccanicamente ad un elemento sensibile soggetto a deformazione .
La presente invenzione si riferisce inoltre ad applicazioni di detta striscia estensimetrica, in particolare ad elementi sensibili ad estensimetro elettrico, di strumenti di misura e relativo procedimento di taratura, a bilance e trasduttori di pressione.
Com'è noto le strisce estensimetriche a resistenza sono ampiamente usate per misurare deformazioni dinamiche e, indirettamente, sollecitazioni come pesi, pressioni e forze di altra natura, che provocano dette deformazioni in un apposito supporto.
A tale proposito esse sono assemblate elettricamente a ponte di Wheatstone per limitare l'influenza delle variazioni di temperatura delle strisce estensimetriche.
Il ponte di Wheatstone viene eccitato, su due estremità opposte, da una tensione di riferimento; la deformazione provoca una variazione nella lunghezza delle strisce estensimetriche con corrispondente variazione del valore di resistenza elettrica associata. Sulle altre estremità opposte del ponte viene rilevato un segnale, consistente in una tensione elettrica, che corrisponde sostanzialmente all'avvenuta deformazione.
Questo segnale è rappresentativo della sollecitazione che è stata causa della deformazione dell'elemento sensibile.
Le strisce conosciute sono però soggette ad alcuni inconvenienti che ne limitano sensibilmente la diffusione.
In particolare esse generano un segnale che non supera i 2-3 mV/V in rapporto alla tensione di eccitazione. Inoltre esse forniscono una resistenza elettrica troppo bassa, che porta ad una notevole dissipazione di energia, e richiedono di essere assemblate in schemi complessi che prevedono numerose resistenze di taratura e controllo dell'influenza della temperatura.
Per ovviare almeno parzialmente a questi inconvenienti sono state proposte strisce estensimetriche a resistenza basate su materiali semiconduttori le quali consentono generalmente di ottenere un segnale di uscita maggiore.
Questo tipo di strisce, pur maggiormente preciso, risente però in maniera rilevante delle differenze di temperatura, cosicché esse possono essere impiegate in condizioni di grande controllo, ad esempio in laboratori di fisica e simili.
Inoltre una striscia estensimetrica basata su materiale semiconduttore può essere utilizzata per la misurazione di deformazioni appartenenti a campi ristretti.
A questo tipo di strisce semiconduttrici sono quindi forzatamente esclusi gli impieghi maggiormente commerciali, legati ad esempio alla determinazione del peso di vendita al dettaglio, di merce e prodotti, e comunque qualunque impiego che avviene in esterni o in ambienti non condizionati termicamente
Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire una striscia estensimetrica che consenta di ovviare agli inconvenienti menzionati con riferimento alla tecnica nota.
Tale problema viene risolto da una striscia estensimetrica come sopra specificata, caratterizzata dal fatto che detto materiale semiconduttore è monosolfuro di samario.
Il principale vantaggio della striscia estensimetrica secondo la presente invenzione risiede nel fornire prestazioni ottimali in termini di precisione e sensibilità senza risentire dell'influenza della temperatura e per un ampio campo di deformazioni che .ben si adatta ad applicazioni commerciali.
La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo alcune sue forme applicative preferite, fornite a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
* la figura 1 mostra una vista assonometrica schematica di un elemento sensibile che incorpora strisce estensimetriche secondo l'invenzione;
* la figura 2 mostra, in concorso con la figura 1, il verso dell'elemento sensibile;
* la figura 3 mostra lo schema di collegamento elettrico delle strisce estensimetriche di figura 1;
* la figura 4 mostra un dettaglio, in sezione trasversale, dell'elemento sensibile di figura 1 secondo la linea X-X;
* la figura 5 mostra una vista schematica in elevazione di una bilancia che incorpora il supporto di figura 1; e
* la figura 6 mostra una vista schematica in elevazione di un trasduttore di pressione che incorpora strisce estensimetriche secondo la presente invenzione.
Con riferimento in particolare alla figura 1, un elemento sensibile ad estensimetro elettrico è indicato nel suo complesso con E. Esso è del tipo normalmente incorporato in strumenti di misura quali, ad esempio, bilance e simili.
Esso comprende un supporto elasticamente deformabile 1 che è formato sostanzialmente a barra allungata, con sezione rettangolare, e che presenta un'estremità libera 2, atta ad essere sollecitata da una forza da misurare, ad esempio un peso, ed un'estremità fissa 3.
A tale proposito, come apparirà con maggiore chiarezza nel seguito, il supporto 1 è tale da essere associato a sensori di estensione del tipo a striscia estensimetrica a resistenza.
Il supporto 1 presenta una coppia di fori passanti, primo e secondo, indicati rispettivamente con 4 quello vicino all'estremità libera 2 e con 5 quello vicino all'estremità fissa 3, a sezione circolare .
I fori 4, 5 presentano un asse di simmetria parallelo tra loro, entrambi perpendicolari al supporto 1, e sono sostanzialmente allineati lungo il supporto 1, a pari distanza dalle rispettive estremità 2, 3.
II loro diametro è comparabile con lo spessore del supporto 1 il quale, in corrispondenza di ciascun foro 4, 5, presenta un assottigliamento superiore 6 ed un assottigliamento inferiore 7. I quattro assottigliamenti presentano uno spessore minimo uguale.
Il supporto 1 presenta inoltre un intaglio passante 8 che pone in comunicazione i fori 4, 5. L'intaglio è a sviluppo parallelo rispetto al supporto 1, secondo il suo asse di simmetria longitudinale .
Il supporto 1 sopra descritto può essere ottenuto di pezzo da una barra realizzata in materiale elastico, ad esempio acciaio.
Per effetto della geometria dell'elemento sensibile E, essendo il supporto 1 atto ad essere incastrato a mensola in corrispondenza dell'estremità fissa 3, se viene applicata una sollecitazione perpendicolare all'elemento E, in corrispondenza dell'estremità libera 2 del supporto 1, quest'ultimo si deforma sostanzialmente ad S. L'assottigliamento superiore 6.del primo foro 4 e quello inferiore del secondo foro 5 sono sottoposti a pari trazione mentre l'assottigliamento inferiore 7 del primo foro 4 e l'assottigliamento superiore 6 del secondo foro 5 sono sottoposti a pari compressione .
Il supporto 1, solitamente di natura metallica, è ricoperto di uno strato isolante 9 che, nel presente esempio di realizzazione è in SiO.
Tale strato 9 può venire depositato in si tu ad esempio mediante un processo noto di deposizione chimica del vapore. Con questo processo è possibile ottenere uno spessore ottimale dello strato isolante 9, il quale deve rimanere anche meccanicamente ancorato al supporto 1 almeno nel campo delle sue possibili deformazioni, compressioni o trazioni, deformandosi di conseguenza.
Detto spessore è compreso tra 0,5 μm e 1,0 μm, e preferibilmente è pari a circa 1 μm.
In corrispondenza degli assottigliamenti 6, 7, simmetricamente ai punti di massima deformazione, il supporto 1 presenta rispettive strisce estensimetriche a resistenza che sono indicate rispettivamente con 10a, sull'assottigliamento superiore 6 del primo forò 4, 10b sull'assottigliamento superiore del secondo foro 5, 10c sull'assottigliamento inferiore del secondo foro 5 ed infine 10d sull'assottigliamento inferiore del primo foro 4.
Le strisce estensimetriche 10a-10d \ sono realizzate a base di un materiale semiconduttore. Esse sono tali da rimanere ancorate allo strato isolante 9 durante le deformazioni di quest'ultimo. Questo ancoraggio provoca una corrispondente deformazione longitudinale della striscia 10a-10d, in allungamento od accorciamento, che a sua volta causa una variazione nel valore della resistenza elettrica connessa alla striscia 10a-10d.
Nelle strisce 10a-10d secondo la presente invenzione tale materiale semiconduttore comprende monosolfuro di samario, nel seguito indicato in breve con SmS.
Ciascuna striscia 10a-10d ha una forma sostanzialmente rettangolare ed allungata nel senso del supporto 1. Esse sono disposte simmetricamente al punto di massimo assottigliamento, ove si verifica la maggiore deformazione.
In altre parole l'asse elettrico di ciascuna striscia 10a-10d, ovvero il punto intermedio rispetto il quale la resistenza misurata da esso ad una delle estremità è uguale a quella misurata da esso all'altra estremità, coincide con l'asse meccanico della deformazione, ovvero l'asse rispetto al quale la deformazione di ciascun assottigliamento 6, 7 è simmetrica.
Lo spessore di ciascuna striscia è micrometrico, in particolare esso può essere compreso tra 0,5 μm e 1.0 μm e preferibilmente è pari a circa 0,7 μm.
Il SmS può essere depositato a struttura policristallina o sostanzialmente monocristallina, posta direttamente sullo strato isolante 9 (figura 4).
Le strisce a base di SmS sono capaci di deformarsi in lunghezza variando la propria resistenza secondo un cosiddetto fattore di estensione K per il quale:
K = 5R / ε ·R dove:
5R = variazione della resistenza estensimetrica ε = resistenza estensimetrica
R = deformazione
Nelle strisce a SmS policristallino K può avere un valore superiore a 50. Tale valore può arrivare anche a 100.
Nelle strisce a SmS sostanzialmente monocristallino K ha un valore di circa 250, molto elevato rispetto ad analoghe strisce estensimetriche a base di un diverso materiale semiconduttore; ciò consente di ottenere una precisione di misura di 0,005%.
Nel caso di SmS questo valore di K rimane sostanzialmente inalterato per un intervallo di ε molto ampio, fino a 3-10<3>, per cui la risposta di ciascuna striscia estensimetrica a resistenza lOa-10d è sostanzialmente lineare.
Inoltre K non varia apprezzabilmente in un intervallo di temperatura molto ampio, ad esempio tra -50°C e 50°C, per cui esse possono venire impiegate in condizioni ambientali non sottoposte a condizionamento .
Con riferimento alla figura 3, le quattro strisce 10a, 10b, 10c, 10d sono collegate elettricamente tra loro secondo uno schema a ponte di wheatstone indicato globalmente con 11.
A tale proposito ciascuna striscia estensimetrica 10a-10d è collegata a quelle adiacenti mediante una striscia conduttrice 12.
La striscia conduttrice 12 viene realizzata mediante la deposizione chimica di uno strato di materiale conduttore, preferibilmente a base di Nickel o di Cobalto, che fornisca una resistenza di contatto sostanzialmente nulla e possa essere agevolmente collegata ad un filo conduttore ad esempio in rame.
Si intende che la connessione tra striscia conduttrice 12 e strato isolante 9 presenta una notevole resistenza meccanica tale da superare le deformazioni del supporto 1 (figura 4).
Il ponte 11, come mostrato nelle figure da 1 a 3, è sottoposto ad una tensione di eccitazione Vexc su due estremità opposte, dette di eccitazione ed indicate con 13, in particolare quelle comprese tra 10b e 10c e tra 10a e 10d. Quando l'elemento E è sottoposto ad una sollecitazione che ne determina la deformazione ad S, come detto precedentemente, le strisce 10a e 10c vengono allungate mentre le strisce 10b e 10d vengono comprese.
In condizioni statiche, a deformazione nulla, il ponte 11 è perfettamente equilibrato e tra le altre estremità opposte, dette di rivelazione ed indicate con 14, in particolare quelle comprese tra 10a e 10b e tra 10c e 10d, non vi è alcuna tensione.
A deformazione avvenuta il ponte risulta elettricamente squilibrato. Dalle estremità di rivelazione 14 viene generato un segnale elettrico, che consiste in una tensione Vout, che corrisponde alla deformazione ed alla sollecitazione alla quale il supporto 1 è stato sottoposto e che ha provocato la deformazione.
Il segnale di uscita Vout è significativamente elevato, dell'ordine di circa 50 mV/V in rapporto alla tensione di eccitazione Vexc.
La resistenza complessiva delle strisce estensimetriche 10a-10d può essere efficacemente variata in un intervallo compreso tra 200 Ω e 500000 Ω, cosa che permette di diminuire l'energia dissipata e di ricevere un segnale di uscita molto alto pur senza alcuna amplificazione. Il diminuito consumo di energia permette l'utilizzo di normali batterie intercambiabili e/o ricaricabili per l'eccitazione del ponte di Weathstone.
Inoltre l'elemento sensibile E continua ad avere un funzionamento di qualità costante pur sottoposto ad un intenso irraggiamento di radiazioni di tipo nucleare, ad esempio di raggi γ di intensità pari a IO<10 >Roentgen.
Oltre alle suddette peculiarità fisiche, all'elemento sensibile E sopra descritto, può essere vantaggiosamente applicato un procedimento di taratura come verrà descritto nel seguito.
Uno strato sottile di materiale semiconduttore a base di SmS, sia policristallino che monocristallino, può essere soggetto ad una conversione che genera una fase a comportamento sostanzialmente metallico, ovvero in modo tale che la resistenza elettrica del materiale convertito sia quella tipica di un metallo {molto bassa) anziché di un semiconduttore.
È stato osservato che il SmS è soggetto ad un'efficace conversione se sottoposto localmente ad una pressione anche inferiore a 30 kbar, ovvero di circa 20 kbar che è la pressione che si ottiene con una strofinatura manuale. Vantaggiosamente questo effetto si ottiene anche con pressioni inferiori a 10 kbar.
La ragione di questa .peculiarità fisica risiede nel fatto che per detti valori locali di pressione viene aumentata la densità degli elettroni, responsabili del fenomeno della conduzione elettrica fino a 1,8-10<22 >cm<‘3>, valore tipico dei metalli.
Per tali ragioni si procede come segue.
Disposto l'elemento sensibile E su un apposito mandrino in corrispondenza dell'estremità fissa 3, si applica una sollecitazione nota di taratura, ad esempio un peso o una sollecitazione a flessione, in corrispondenza dell'estremità libera 2.
A causa di questa sollecitazione il supporto 1 viene deformato. Ne nasce un segnale elettrico detto generato che può essere convenientemente misurato e confrontato con un segnale elettrico di riferimento.
Considerata la differenza tra i due segnali viene provocato, in una delle strisce 10a-10d o su più di una striscia (figure 1 e 2), un mutamento di fase come sopra descritto, ovvero da una fase sostanzialmente policristallina o monocristallina ad una fase a comportamento metallico.
Tale mutamento viene attuato esercitando una pressione predeterminata T su un tratto localizzato F.
La. pressione predeterminata T viene esercitata mediante strofinamento ed ha un valore inferiore a 30 kbar, preferibilmente di circa 20 kbar.
Il tratto localizzato prescelto, per effetto della compressione, assume uno spessore pari a circa il|10% dello spessore originario.
La posizione e le dimensioni del tratto localizzato F possono essere scelte attentamente con riferimento a linee graduate 15 poste ai margini delle strisce 10a-10d.
Oltre alla collimazione tra segnale di taratura e segnale di riferimento, il mutamento può essere convenientemente realizzato in modo che l'asse elettrico delle singole strisce 10a-10d coincida sempre con i rispettivi assi meccanici di deformazione .
Tale mutamento, nel caso del SmS, è particolarmente agevole. Infatti le fasi cristallina ed a comportamento metallico presentano un colore completamente diverso, dorato nel primo caso e scuro, bruno nel secondo.
Agendo su più di una striscia è inoltre possibile bilanciare eventuali, squilibri dovuti a correzioni su una singola striscia.
Ulteriormente il mutamento di fase è tale che viene conservata una resistenza virtualmente nulla in corrispondenza dei punti di collegamento tra strisce estensimetriche 10a-10d e strisce conduttrici 12.
Vantaggiosamente la taratura viene effettuata in relazione ad un preciso valore di temperatura. A tale proposito le sopra descritte operazioni possono essere eseguite in condizioni di temperatura controllata in un ambiente convenientemente condizionato.
Con riferimento alla figura 5 verrà di seguito descritta una bilancia 20 che incorpora l'elemento sensibile 1 descritto in precedenza. A parti uguali o con medesima funzione corrisponderanno parti con uguali numeri di riferimento.
La bilancia 20 comprende un telaio fisso 21, atto ad essere disposto su un piano di appoggio A, presenta mezzi di incastro a mensola 22 connessi all'estremità fissa 3 dell'elemento sensibile E.
Sull'estremità libera 2 opposta è girevolmente connessa una cella di carico 23, formata a piatto, del tipo atto a ricevere un peso P da misurare.
Nella presente realizzazione la determinazione del peso esatto è accompagnata dalla determinazione del prezzo di vendita del prodotto di peso P.
La bilancia 20 presenta, sull'elemento E, strisce estensimetriche a resistenza 10a-10d come precedentemente descritto. Esse sono già state tarate in accordo con il procedimento secondo l'invenzione.
Le strisce 10a-10d sono collegate elettricamente a ponte di Wheatstone 11. Alle estremità di eccitazione 13 è applicata una tensione di eccitazione Vexc.
Una volta che il peso P è stato collocato sul piatto 23, l'elemento E subisce una deformazione di tipo elastico. Le strisce 10a e 10c sono soggette ad allungamento mentre le strisce 10b e 10d sono soggette a compressione.
Il ponte 11 risulta così squilibrato e viene generato un segnale elettrico Vout che corrisponde sostanzialmente al peso P.
Il segnale Vout viene ricevuto da un amplificatore 24 che lo trasmette ad un comparatore 25 il quale riceve anche la tensione di eccitazione Vexc. Il segnale risultante viene passato ad un convertitore analogico-digitale 26 a sua volta collegato ad un microprocessore 27.
Il microprocessore 27 riceve dati, ad esempio prezzo al chilo o tipo di merce, da una tastiera 28 e genera valori di uscita, come prezzo di vendita, peso rilevato e simili, leggibili da un visore 29 o stampati su uno scontrino.
Il medesimo concetto inventivo è applicabile anche ad un diverso strumento di misura, come un trasduttore di pensione indicato con 30 in figura 6, atto a misurare una pressione statica P' di un fluido come acqua o aria.
In tale trasduttore 30 l'elemento sensibile E prevede un supporto deformabile elasticamente 1 formato a membrana, realizzato come la faccia terminale di un cilindro 31 in acciaio inossidabile. All'interno del cilindro 31, rappresentato solo parzialmente, vi è una pressione nota; infatti quella che viene misurata<' >è una pressione differenziale o relativa.
Su entrambe le facce della membrana 1 è disposto uno strato isolante, non rappresentato in figura 6, di vetro o mica al quale possono essere ancorate le strisce estensimetriche 10a-10d.
Lo spessore dello strato isolante è vantaggiosamente compreso tra 10 firn e 30 μm circa.
Le strisce estensimetriche a resistenza 10a e 10d sono applicate allo strato isolante e, successivamente alla sua applicazione sulla membrana 1, esse vengono disposte in prossimità del bordo 32 del cilindro 31, ovvero nel punto di massima deformazione; la striscia 10a è sottoposta ad allungamento per effetto della pressione P' mentre la striscia 10d è soggetta a compressione. Le strisce estensimetriche 10b e 10c sono poste invece in corrispondenza dell'asse C del cilindro, nel punto di massima curvatura della membrana 1.
Le strisce 10a-10d sono collegate con ponte di Wheatstone come precedentemente descritto; il segnale elettrico corrispondente alla pressione P' viene generato e trattato in modo equivalente a quello utilizzato per la bilancia 20.
Al trasduttore 30 può essere vantaggiosamente applicato il procedimento di taratura sopra descritto .
Oltre ai sopra citati vantaggi, la striscia estensimetrica a resistenza sopra descritta permette la costruzione di elementi sensibili la cui taratura, in relazione a temperatura di esercizio, geometria del supporto elastico e parametri della flessione, è particolarmente agevole e consente di conservare la coincidenza tra asse elettrico di ciascuna striscia e corrispondente asse meccanico della deformazione associata.
La taratura può avvenire facilmente anche perché ad essa è associata una rapida rilevazione del cambiamento delle caratteristiche delle singole strisce, affidata alla variazione di colore delle stesse .
Alla sopra descritta striscia estensimetrica ed alle sue applicazioni citate un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (28)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Striscia estensimetrica a resistenza (10a), realizzata a base di un materiale semiconduttore, del tipo applicabile meccanicamente ad un supporto (1) soggetto a deformazione, caratterizzato dal fatto che detto materiale semiconduttore è monosolfuro di Samario.
  2. 2. Striscia estensimetrica (10a) secondo la rivendicazione 1, che presenta uno spessore compreso tra 0,5 μm e 1,0 μm.
  3. 3. Striscia estensimetrica (10a) secondo la rivendicazione 2, in cui detto spessore è circa 0,7 μm.
  4. 4. Striscia estensimetrica (10a) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il monosolfuro di samario è monocristallino.
  5. 5.. Elemento sensibile (E) ad estensimetro elettrico, in particolare per strumenti di misura (20, 30), del tipo comprendente una o più strisce estensimetriche a resistenza (10a, 10b, 10c, 10d), realizzate a base di materiale semiconduttore, connesse| ad un supporto (1) elasticamente deformabile atto ad essere sottoposto ad una sollecitazione (P, P') da misurare, e collegate elettricamente tra loro per generare un segnale elettrico corrispondente a detta sollecitazione, caratterizzato dal fatto che detto materiale semiconduttore comprende monosolfuro di Samario.
  6. 6. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 5, in cui detta una o più strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) presentano uno spessore compreso tra 0,5 μm e 1,0 μm.
  7. 7. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 6, in cui detto spessore è circa 0,7 μm .
  8. 8. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui il monosolfuro di samario è monocristallino.
  9. 9. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, che presenta, tra il supporto (1) e dette strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d), uno strato isolante (9).
  10. 10. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, che presenta quattro strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) assemblate elettricamente in un ponte di wheatstone (11).
  11. 11. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui dette una o più strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) sono disposti in corrispondenza di punti di massima deformazione e/o curvatura (6, 7, 32, A) del supporto (1).
  12. 12. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 9, in cui detto strato isolante è realizzato in SiO.
  13. 13. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 12, in cui il SiO è depositato mediante deposizione chimica del vapore.
  14. 14. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 10, in cui le strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) sono elettricamente assemblate .mediante strisce conduttrici (12) realizzate mediante deposizione di Nickel e/o Cobalto.
  15. 15. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 11, in cui dette strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) sono disposte in modo tale che il loro asse elettrico coincida con l'asse meccanico della deformazione del supporto (1).
  16. 16. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 15, in cui detto supporto (1) è formato a barra allungata a sezione rettangolare che presenta una coppia di fori (4, 5) passanti, di sezione circolare, pari diametro ed assi paralleli tra loro, posizionati in modo tale da definire assottigliamenti superiori (6) ed assottigliamenti inferiori (7) di pari spessore, detto supporto (1) comprendendo un intaglio passante (8), a sviluppo parallelo al supporto (1) secondo il suo asse longitudinale, che pone in comunicazione i due fori passanti (4, 5), detti assottigliamenti (6, 7) determinando detti assi meccanici di deformazione.
  17. 17. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui il supporto elasticamente deformabile è un membrana (1) che forma la chiusura di un cilindro (31).
  18. 18. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 17, in cui la membrana (1) è rivestita da uno strato isolante realizzato in vetro o mica.
  19. 19. Elemento sensibile (E) secondo la rivendicazione 18, in cui lo strato isolante presenta uno spessore compreso tra 10 μm e 30 μm.
  20. 20. Elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 17 a 19, che presenta quattro strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d) assemblate elettricamente in un ponte di wheatstone (il)-
  21. 21. Procedimento di taratura dell'elemento sensibile (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 20, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti operazioni: - applicare una sollecitazione di taratura a detto strumento di misura; - osservare il segnale elettrico generato; - provocare, in una o più di dette strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d), un mutamento di fase da sostanzialmente cristallina ad una fase a comportamento,di tipo metallico, esercitando una pressione predeterminata (T) su un tratto localizzato (F), di dette una o più strisce estensimetriche (10a, 10b, 10c, 10d), detto tratto localizzato (F) presentando dimensioni e posizione determinate dalla differenza tra detto segnale elettrico generato ed un segnale di riferimento.
  22. 22. Procedimento di taratura secondo la rivendicazione 21, in cui detta pressione predeterminata presenta un valore non superiore a 30 kbar.
  23. 23. Procedimento di taratura secondo la rivendicazione 22, in cui della pressione predeterminata viene esercitata mediante strofinatura .
  24. 24. Procedimento di taratura secondo una delle rivendicazioni da 21 a 23, in cui, esercitando detta pressione predeterminata, viene ridotto lo spessore della striscia estensimetrica (10a, 10b, 10c, 10d) in corrispondenza di detto tratto localizzato (F) fino al 10% dello spessore originale.
  25. 25. Procedimento di taratura secondo una delle rivendicazioni da 21. a 23, in cui, esercitando detta pressione predeterminata, viene variato il colore della striscia estensimetrica (10a, 10b, 10c, 10d) in corrispondenza di detto tratto localizzato (F) da dorato a bruno scuro.
  26. 26. Procedimento di taratura secondo una delle rivendicazioni da 21 a 25, in cui dette operazioni vengono eseguite in condizioni di temperatura controllata.
  27. 27. Bilancia (20) del tipo comprendente una cella di carico (23), atta a ricevere materiale e/o oggetti da pesare, meccanicamente connessa ad uno o più elementi sensibili (E) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 16.
  28. 28. Trasduttore di pressione (30) del tipo comprendente ad uno o più elementi sensibili (E) secondo una delle rivendicazioni da 17 a 20.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004002360A1 (de) * 2004-01-15 2005-08-18 Stefan Klaric Gmbh & Co. Kg Messsicherung und hierfür geeignetes Messgerät
DK1560011T3 (da) * 2004-01-27 2010-05-31 Mettler Toledo Ag Strain-gauge med fugtighedsbeskyttelse ved hjælp af et uensartet, uorganisk lag på et udglattende polymerlag (ORMOCER) samt slidsindretning
DE102005008232B4 (de) * 2005-02-23 2006-10-26 Kbs Kokereibetriebsgesellschaft Schwelgern Gmbh Kokslöschfahrzeug und Verfahren zur Bestimmung der in den Koksbehälter des Kokslöschfahrzeuges eingefüllten Koksmenge
DE102006030824A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Honigmann Industrielle Elektronik Gmbh Meßzelle
DE102009055740B4 (de) * 2009-11-26 2014-04-03 Braun Gmbh Verlängerungselement für Spannratschen
CN102221325B (zh) * 2010-04-13 2013-05-08 精量电子(深圳)有限公司 一种分离应变片的方法以及分离应变片的设备
KR101134213B1 (ko) * 2010-06-01 2012-04-06 건양대학교산학협력단 하지질환자의 대칭 체중부하 피드백을 통한 보행 재활훈련 및 분석장치
CN101865649B (zh) * 2010-06-04 2012-02-29 中南大学 一种三轴仪应变测量用微型应变仪及其制作方法
RU2463687C1 (ru) * 2011-06-23 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор
RU2481669C2 (ru) * 2011-08-02 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор
RU2548600C1 (ru) * 2013-11-20 2015-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Наклеиваемый полупроводниковый тензорезисторный датчик деформаций для прочностных испытаний
US9903775B2 (en) * 2014-12-26 2018-02-27 Nagano Keiki Co., Ltd. Sensor module and method for producing sensor module
CN105021341B (zh) * 2015-08-18 2018-05-25 雷卫武 薄膜压力传感器
CN105383766B (zh) * 2015-11-30 2017-06-30 浙江工商大学 一种自带应力片的塑料物流托盘
RU2655698C1 (ru) * 2016-12-14 2018-05-29 ООО "Тонкопленочные технологии" Полупроводниковый резистор
CN108490262A (zh) * 2018-03-02 2018-09-04 北京强度环境研究所 测量电路的电阻值变化以及检测瞬断现象的方法
CN112834107A (zh) * 2020-12-30 2021-05-25 西安中星测控有限公司 一种基于mcs技术的平面压力传感器及其制备方法
CN113670517B (zh) * 2021-09-07 2023-05-23 北京环境特性研究所 一种低气压等离子体发生器的腔室气压校准方法及系统
CN115953881B (zh) * 2023-03-13 2023-06-09 江苏百威发电设备有限公司 一种发电机的缓冲减震底座

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225126A (en) * 1991-10-03 1993-07-06 Alfred University Piezoresistive sensor
JPH06186096A (ja) * 1992-12-15 1994-07-08 Ishida Co Ltd 歪みゲージ及びその製造方法

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