ITUB20151059A1 - Dispositivo di trasduzione di segnale - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo di trasduzione di segnale idoneo ad operare in condizioni al contorno molto gravose particolarmente con riferimento a sollecitazioni intense di tipo termico e meccanico.
E? noto in molti settori l?impiego di sensori piezoelettrici per la trasduzione di un segnale.
I sensori piezoelettrici sfruttano la propriet? di alcuni materiali cristallini di polarizzarsi generando una differenza di potenziale quando sono soggeti ad una deformazione meccanica e di deformarsi in maniera elastica quando sono attraversati da corrente. Tra le applicazioni pi? comuni che utilizzano i sensori piezoelettrici, troviamo accendigas da cucina, strumenti sismici, strumenti acustici e musicali, rilevatori di pressione, rilevatori di tempo, microfoni, generatori di suoni, atuatori di moto, sonde ecografiche, ecc..
L?uso dei sensori piezoelettrici si ? diffuso prevalentemente in settori dove non ? richiesta una elevata resistenza degli stessi a sollecitazioni di natura termica e meccanica.
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo di trasduzione di segnale di tipo piezoelettrico idoneo ad operare anche in condizioni di forte stress termico e meccanico.
Altro scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo di trasduzione di segnale di tipo piezoelettrico adattabile all?impiego in svariate applicazioni industriali.
Non ultimo scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo di trasduzione di segnale di tipo piezoelettrico semplice, robusto, preciso ed affidabile nel funzionamento.
Questi ed altri scopi sono conseguiti da un dispositivo di trasduzione di segnale caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sensore piezoceramico sostenuto su un elemento di supporto e presentante un rivestimento integrale protettivo avente propriet? di resistenza meccanica e alla temperatura, detto rivestimento integrale protettivo essendo in contatto diretto o indiretto con detto elemento di supporto perimetralmente a detto sensore piezoceramico per indirizzare almeno in parte una forza esterna di compressione del detto sensore piezoceramico su una zona dell?elemento di supporto circostante detto sensore piezoceramico.
Preferibilmente detto rivestimento protettivo ? formato in un materiale comprendente una resina o in un materiale ceramico. Preferibilmente detto rivestimento protettivo ? termicamente isolante.
Preferibilmente detto rivestimento protettivo ? elettricamente isolante.
Preferibilmente l?elemento di supporto sostiene un circuito elettrico elettricamente isolato su cui ? montato detto sensore piezoceramico.
Preferibilmente viene previsto uno strato termicamente isolante interposto tra detto elemento di supporto e detto circuito elettrico. Il dispositivo di trasduzione di segnale conforme all? invenzione ? utilizzabile in un ambiente avente una temperatura non inferiore a 200?C.
Tra le varie possibili applicazioni, il dispositivo di trasduzione di segnale conforme all?invenzione ? integrabile preferibilmente in un misuratore di forza o in un attuatore di movimento lineare, ad esempio un attuatore di un utensile di una macchina di lavorazione a caldo di un pezzo, o un vibratore.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un modo di realizzazione non limitativo effettuato a puro scopo esemplificativo e con riferimento alle figure dei disegni annessi, nei quali:
- la figura 1 illustra una sezione di un dispositivo di trasduzione di segnale.
Con riferimento alle figure ? indicato nel suo complesso con 1 un dispositivo di trasduzione di segnale.
Il dispositivo di trasduzione id segnale 1 comprende un elemento di supporto 2 piastriforme piano ed uno o pi? sensori piezoceramici 4 supportati dall?elemento di supporto 2.
Nel caso mostrato e di seguito si far? riferimento esemplificativamente al caso in cui sia previsto un solo sensore piezoceramico 4.
Il sensore piezoeramico 4 ? supportato in rilievo sull?elemento di supporto 2.
L?elemento di supporto 2 supporta un circuito elettrico 9 elettricamente isolato presentante dei contatti elettrici a cui sono connessi gli elettrodi del sensore piezoceramico 4.
Il sensore piezoceramico 4 ? realizzato in materiali piezoceramici con temperatura di Curie maggiore di 200?C ed ? formato da un corpo preferibilmente cilindrico polarizzato in direzione del suo asse e delimitato da una coppia di opposte facce piane 12 e 13 disposte in uso parallele alle superfici principali piane dell? elemento di supporto 2
Preferibilmente entrambi gli elettrodi del sensore piezoceramico 4 sono ricavati sulla faccia del sensore piezoceramico 4 rivolta verso il circuito elettrico 9.
Vantaggiosamente il sensore piezoceramico 4 presenta un rivestimento integrale protettivo 16 in contatto diretto o indiretto con l?elemento di supporto 2 perimetralmente al sensore piezoceramico 4 stesso.
Il rivestimento integrale protettivo 16 ? localizzato sull?elemento di supporto 2 in corrispondenza del sensore piezoceramico 4.
Il rivestimento integrale protettivo 16 ? configurato per indirizzare almeno in parte una forza esterna di compressione su una zona dell?elemento di supporto 2 circostante il sensore piezoceramico 4 stesso.
Il rivestimento integrale protettivo 16 ha una superficie interna 17 di contatto uniforme diretto o indiretto con la superficie esterna del sensore piezoceramico 4 ed una base 18 di appoggio uniforme diretto o indiretto sull?elemento di supporto 2.
Il rivestimento integrale protettivo 16 ha in particolare la conformazione di una cupola.
Il rivestimento integrale protettivo 16 ? formato preferibilmente in un materiale a base di resine, ad esempio resine poliimmidi, resine epossidiche (caricate o non), resine Bismallemidi, resine Ciano-Esteriche, ma possono essere utilizzati anche materiali ceramici molto pi? duri delle resine, idonei per temperature sopra 350 ?C. Il rivestimento integrale protettivo 16 ha propriet? di isolamento elettrico ed isolamento termico.
Le propriet? di isolamento termico ed elettrico possono essere conferite dal materiale costitutivo o da un apposito strato o un apposito elemento costitutivo del rivestimento integrale protettivo 16.
Nel caso illustrato il rivestimento integrale protettivo 16 comprende un corpo principale in materiale elettricamente isolante in cui ? riportato un elemento in materiale termicamente isolante 19.
Il rivestimento integrale protettivo 16 quindi scherma termicamente il sensore piezoceramico 4 dal calore proveniente dall?esterno in modo che il sensore piezoceramico 4 possa lavorare in condizioni operative meno gravose dal punto di vista della temperatura. Vari materiali possono essere impiegati per tali scopi come ad esempio i cosidetti materiali a Barriera termica (TBC), oppure le zirconia stabilizzate Yittria o Mg, in forma di mastici, coatings con composti ceramici o speciali vernici.
Inoltre il rivestimento integrale protettivo 16 scherma il sensore piezoceramico 4 da disturbi elettrici esterni.
L?elemento di supporto 2 ? rivestito da uno strato termicamente isolante 20 su cui ? disposto il sensore piezoceramico 4.
Lo strato termicamente isolante 20 in particolare ? interposto tra l?elemento di supporto 2 ed il circuito elettrico 9.
Il metodo di realizzazione del dispositivo di trasduzione di segnale ? il seguente.
Viene inizialmente applicato lo strato termicamente isolante 20 sull?elemento di supporto 2.
Successivamente viene integrato sull?elemento di supporto 2 il circuito elettrico isolato elettricamente 9.
Il circuito elettrico 9 isolato elettricamente ? preferibilmente realizzato con tecnica serigrafica.
Viene prima depositato sullo strato termicamente isolante 20 uno strato serigrafico inferiore 9a in materiale elettricamente isolante, poi viene depositato sullo strato serigrafico inferiore 9a uno strato serigrafico intermedio 9b in materiale elettricamente conduttivo definente il circuito elettrico vero e proprio, poi viene depositato sullo strato serigrafico intermedio 9b uno strato serigrafico superiore 9c in materiale elettricamente isolante che lascia scoperti i contatti per il collegamento elettrico con gli elettrodi del sensore piezoceramico 4.
Gli strati isolanti 9a, 9c sono costituiti ad esempio da una base di particelle di allumina/grafite (o matrice silicatica) eventualmente immerse in una matrice a carattere polimerico (preferibilmente poliimmide), mentre lo strato conduttivo 9b ? costituito da paste serigrafiche a base argento o palladio.
Poi viene integrato il sensore che viene collegato elettricamente e meccanicamente ai contatti elettrici del circuito elettrico 9.
Il sensore piezoceramico 4 ? connesso in modo permanente con i suoi due elettrodi ai rispettivi contatti tramite uno strato 25 composto da pasta saldante elettricamente conduttiva ad alta temperatura. In termini pratici dopo che viene formato il circuito elettrico 9, nell?area dei contatti e/o degli elettrodi viene applicato questo strato di pasta saldante ad alta temperatura, dopodich? il sensore viene posizionato facendo combaciare i suoi due elettrodi con i contatti omologhi previsti sul circuito elettrico 9. Infine l?assieme viene sottoposto a curing tipicamente a circa 200 ?C a seconda e in accordo con le specifiche della pasta saldante impiegata, preferibilmente composta da Argento come elemento base della componente elettricamente conduttiva. In linea principio, a seconda della pasta saldante scelta si possono raggiungere temperature anche dell? ordine di 800 ?C.
Il sensore 4 viene a questo punto rivestito con il relativo elemento protettivo 16 ad esempio realizzato mediante gocciolamento di materiale a pressione standard e temperature moderate inferiori a 200 ?C.
Il dispositivo di trasduzione di segnale cos? concepito ? in grado di operare in condizioni ambientali estreme grazie alla speciale costruzione che garantisce un idoneo isolamento termico ed elettrico e assicura l integrit? del sensore piezoceramico opportunamente protetto dal suo rivestimento che ? capace di deviare almeno parte di forze di compressione esterne verso la zona dell?elemento di supporto circostante il sensore piezoceramico. La applicazioni del dispositivo di trasduzione di segnale cos? concepito per quanto detto possono estendersi a tutti i settori della tecnologia dove un tradizionale dispositivo di trasduzione piezoelettrico non potrebbe funzionare a causa delle proibitive condizioni ambientali al contorno.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sensore piezoceramico (4) sostenuto su un elemento di supporto (2) e presentante un rivestimento integrale protettivo (16) avente propriet? di resistenza meccanica e alla temperatura, detto rivestimento integrale protettivo (16) essendo in contatto diretto o indiretto con detto elemento di supporto (2) perimetralmente a detto sensore piezoceramico (4) per indirizzare almeno in parte una forza esterna di compressione del detto sensore piezoceramico (4) su una zona dell?elemento di supporto (2) circostante detto sensore piezoceramico (4).
- 2. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento protettivo (16) ? formato in un materiale comprendente una resina o in un materiale ceramico.
- 3. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento protettivo (16) ? termicamente isolante.
- 4. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento protettivo (16) ? elettricamente isolante.
- 5. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto elemento di supporto (2) sostiene un circuito elettrico (9) elettricamente isolato su cui ? montato detto sensore piezoceramico (4).
- 6. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere uno strato termicamente isolante (20) interposto tra detto elemento di supporto (2) e detto circuito elettrico (9).
- 7. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento protettivo (16) ? localizzato in corrispondenza di detto sensore piezoceramico (4).
- 8. Dispositivo (1) di trasduzione di segnale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento protettivo (16) ha la conformazione di una cupola.
- 9. Uso di un dispositivo di trasduzione di segnale conforme ad una qualunque rivendicazione precedente in un ambiente avente una temperatura non inferiore a 200?C.
- 10. Uso di un dispositivo di trasduzione di segnale conforme ad una qualunque rivendicazione da 1 a 8 in un misuratore di forza o in un attuatore di movimento lineare.
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