KR20200031082A - 스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립 - Google Patents

스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립 Download PDF

Info

Publication number
KR20200031082A
KR20200031082A KR1020197038703A KR20197038703A KR20200031082A KR 20200031082 A KR20200031082 A KR 20200031082A KR 1020197038703 A KR1020197038703 A KR 1020197038703A KR 20197038703 A KR20197038703 A KR 20197038703A KR 20200031082 A KR20200031082 A KR 20200031082A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
grid
measurement
strain gauge
grids
strain
Prior art date
Application number
KR1020197038703A
Other languages
English (en)
Inventor
게랄트 오스버거
노베르트 그스퇴텐바우어
베른하르트 야코비
볼프강 힐버
요하네스 셀
하버트 엔서르
Original Assignee
뵈스트알파인 스탈 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 뵈스트알파인 스탈 게엠베하 filed Critical 뵈스트알파인 스탈 게엠베하
Publication of KR20200031082A publication Critical patent/KR20200031082A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G01L1/2281—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

본 발명은 스트레인 게이지(strain gauge)(1, 100) 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립(metal strip)에 관한 것이고, 상기 스트레인 게이지는 제1 측정 그리드(2, 102), 제2 측정 그리드(3, 103) 및 기판(4)을 구비하고, 상기 기판상에서 이와 같은 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)는 공동 평면(9) 내에 배치되어 있다. 온도 외란 변수(temperature disturbance variable)에 대해 측정 결과들에서 확실하게 보상될 수 있는 비용 저렴한 스트레인 게이지(1, 100)를 구현하기 위해, 상기 다층 기판(4)이 금속층(5) 및 전기 절연 층(6)을 포함하고, 상기 전기 절연 층(6) 상으로 피에조 저항 재료(piezoresistive material)(10.1, 10.2)로 구성된 이와 같은 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)가 인쇄(print)되도록 제안된다.

Description

스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립
본 발명은 제1 측정 그리드, 제2 측정 그리드 및 기판을 구비한 스트레인 게이지(strain gauge)에 관한 것이고, 상기 기판상에서 이와 같은 2개의 측정 그리드는 공동 평면 내에 배치되어 있으며, 본 발명은 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립(metal strip)에 관한 것이다.
복수의 측정 그리드를 구비한 필름-스트레인 게이지를 공동 기판상에 측면으로 나란히 제공하는 것은 선행 기술로부터 공지되어 있다. 상기 필름-스트레인 게이지의 측정 그리드들은 동일하거나, 또는 상이한 위치 설정 방향을 가질 수 있고, 이때 상이한 위치 설정 방향은 SG-로제트(strain gauge-rosette)하에도 공지되어 있다. 모든 필름-스트레인 게이지에는 저항 소자로 이루어진 측정 그리드가 공통적으로 제공되어 있고, 상기 측정 그리드는 예를 들어 콘스탄탄-필름으로부터 에칭 방법에 의해 생성되며, 상기 콘스탄탄-필름은 이전에 플라스틱-기판상에 적층되었다. 상기 유형의 필름-스트레인 게이지는 제조에 있어서 비교적 복잡하고, 저항 소자들 사이의 단락을 방지하기 위해, 추가로 - 에칭 방법으로 인해 - 비교적 서로 멀리 떨어진 측정 그리드들을 요구한다. 계속해서 상기 방식으로 제조된 필름-스트레인 게이지는 변형 상태(strain state)가 측정되어야 하는 시험체와 기계적으로 연결되어야 하는데, 말하자면 접착되어야 한다. 단점적으로 접착층은, 상기 시험체의 실제 변형률이 상기 스트레인 게이지에 불충분하게 전달되도록 만들 수 있다.
따라서 본 발명은, 스트레인 게이지가 비용 저렴하게 제조될 수 있고, 스트레인 게이지의 측정 데이터가 추가로 온도 외란 변수(temperature disturbance variable)에 대해 확실하게 평가될 수 있도록, 복수의 측정 그리드를 구비한 도입부에 기술된 유형의 스트레인 게이지를 구조적으로 변경시키는 과제를 제기했다.
본 발명은, 다층 기판이 금속층 및 전기 절연 층을 포함하고, 상기 전기 절연 층 상으로 피에조 저항 재료(piezoresistive material)로 구성된 이와 같은 2개의 측정 그리드가 인쇄(print)되도록 함으로써, 상기 제기된 과제를 해결한다.
상기 다층 기판이 금속층 및 전기 절연 층을 포함하고, 상기 전기 절연 층 상으로 피에조 저항 재료로 구성된 2개의 측정 그리드가 인쇄되면, 상기 측정 그리드들을 측면으로 나란히 비교적 가깝게 제공할 수 있는 비교적 간단하고도 재생 가능한 취급 가능한 제조 방법이 구현될 수 있다. 주어지는 상기 2개의 측정 그리드의 이와 같은 공간적인 근접성에 의해, 그리고 특히 상기 기판의 금속층을 통한 상기 측정 그리드들의 비교적 우수한 결합성에 의해 다음 단계에서 2개의 측정 그리드에 대해 동일한 온도 외란 변수로부터 출발할 수 있고 - 상기 측정 그리드들이 인쇄된 전기 절연 층은 말하자면 상기 금속층 상에 있다. 이는, 적합한 방법들, 예를 들어 측정 브리지들(measuring bridges) 또는 수치 방법들을 통해 상기 스트레인 게이지의 측정 결과에서 정확한 온도 보상을 실시할 수 있는 가능성을 제공한다. 따라서 본 발명에 따른 스트레인 게이지는 온도 외란 변수에 확실하게 대처할 수 있고, 그럼으로써 상기 스트레인 게이지에서 높은 측정 정확성이 보장될 수 있다. 특히 상기 측정 그리드들의 인쇄 공정을 위해 피에조 저항 재료가 사용되는데, 예를 들어 은, 흑연 등에 기초한 페이스트(paste)가 사용된다. 이와 같은 인쇄 공정을 위해 다양한 방법들, 예컨대 스크린 프린팅(screen printing), 그라비어 프린팅(gravure printing), 전자식 인쇄 방법 등이 가정될 수 있다.
제2 측정 그리드가 제1 측정 그리드에 대해 직각으로 위치 설정되어, 상기 제1 측정 그리드의 변형값의 온도 보상을 위한 수동 측정 그리드로서 형성되면, 온도 외란 변수에 대한 민감도가 추가로 감소할 수 있는데, 이를 위해 2개의 측정 그리드는 동일한 피에조 저항 재료로 구성된다. 상기 직각 위치 설정에 의해 말하자면 각각의 측정 그리드는 보통 스트레인 게이지의 위치 설정 방향으로 가해지는 기계적인 힘으로부터 자유로울 수 있고, 그에 따라 오로지 온도 외란 변수를 수용하기 위해 이용될 수 있으며, - 그럼으로써 예를 들어 하프- 또는 풀 브리지 회로(half- or full bridge circuit)에 의해 상기 제1 측정 그리드의 측정 결과로부터 온도 영향이 감소 또는 제거될 수 있다. 이는, 2개의 측정 그리드가 동일한 피에조 저항 재료로 구성되면 추가로 개선될 수 있다.
상기 제1 및 제2 측정 그리드가 동일한 공칭 저항(nominal resistance)을 가지면, 상기 스트레인 게이지의 감응도는 추가로 증가할 수 있다.
상기 제1 및 제2 측정 그리드가 각각 하나 이상의 곡류 형태로 진행하는 그리드 섹션을 포함하면, 2개의 측정 그리드에 대한 열 부하는 바람직하게 서로 균등해질 수 있고, 이때 상기 제1 측정 그리드의 그리드 섹션은 상기 제2 측정 그리드의 2개의 그리드 섹션 사이에 배치되어 있다. 그에 따라 본 발명에 따르면, 예를 들어 측정 브리지를 통해 검출된 측정 결과들의 온도 외란 변수에 대한 민감도는 추가로 감소할 수 있고, 이는 상기 스트레인 게이지의 측정 정확성에 기여한다.
각각의 측정 그리드가 곡류 형태로 진행하는 복수의 그리드 섹션을 포함하고, 상기 그리드 섹션들은 교대로 연속적으로 배치되어 있으면, 상기 스트레인 게이지의 구조는 단순해질 수 있다. 계속해서 상기 그리드 섹션들의 이와 같은 균일한 분포는, 2개의 측정 그리드에 비슷한 온도 공급이 이루어지도록 기여할 수 있고, - 그에 따라 측정 데이터에서 더 정확한 보상이 가능해질 수 있다.
상기 제1 측정 그리드의 그리드 섹션이 복수의, 특히 2개의 나란히 진행하는 곡류 선을 포함하면, 언급된 장점이 특히 뚜렷이 나타날 수 있다.
제2 그리드 섹션의 하나 이상의 그리드 폭에 대한 제1 그리드 섹션의 하나 이상의 그리드 길이의 비율이 1:0.75 내지 1:1.25이면, 상기 스트레인 게이지는 온도 외란 변수에 대해 확실하게 평가될 수 있다. 특히 이는, 이와 같은 비율이 1:0.9 내지 1:1.1이면 달성될 수 있고, 이 중에서 1:1이 바람직한 것으로 드러날 수 있다.
개별적인 측정 그리드들의 그리드 섹션들이 동일하게 진행하도록 형성되어 있으면, 상기 스트레인 게이지의 구조가 추가로 단순해질 수 있다. 이는, 상기 개별적인 측정 그리드들의 그리드 섹션들이 동일하면 더욱 그러하다.
상기 제1 및 제2 측정 그리드가 동일하게 위치 설정되어 있고 능동 측정 그리드로서 각각 서로 상이한 온도 계수들 및 서로 상이한 변형 계수들(strain factors)을 갖는 피에조 저항 재료를 포함하면, 온도 외란 변수에 대한 민감도는 공동 기판상에 있는 2개의 능동 측정 그리드에 의해서도 감소할 수 있다.
상기 제1 및 제2 측정 그리드가 각각 곡류 형태로 진행하는 그리드 섹션을 포함하면, 상기 스트레인 게이지의 구조는 추가로 단순해질 수 있거나, - 또는 그에 따라 특히 비용 저렴한 멀티 그리드-스트레인 게이지가 구현될 수 있다.
상기 그리드 섹션들이 서로 내부에 배치되어 동일하게 진행하면, 소형의 견고한 스트레인 게이지가 달성될 수 있다. 그에 따라 추가로, 2개의 스트레인 게이지의 온도 레벨을 서로 조정할 수 있고, 그에 따라 온도 보상을 개선할 수 있다.
앞에서 언급된 장점은 특히, 상기 2개의 측정 그리드가 이중 곡류 형태로 진행하고, - 그에 따라 2개의 측정 그리드의 동일한 온도 부하가 보장될 수 있을 때 주어진다. 따라서 본 발명에 따른 멀티 그리드-스트레인 게이지는 측정 데이터 검출에서 특히 높은 정확성을 보장할 수 있다.
바람직하게 상기 스트레인 게이지들은 브리지 회로에서 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 스트레인 게이지들의 하프- 또는 풀 브리지로의 상호 접속이 고려될 수 있다.
바람직하게 상기 기판의 금속층은 알루미늄 스트립 혹은 강철 스트립 혹은 알루미늄 또는 강철로 이루어진 기판이다. 그에 따라 금속층은 금속 또는 합금들로 구성된다. 이는 상기 2개의 측정 그리드 사이의 특히 우수한 열적 결합성을 제공할 수 있다.
바람직하게 상기 기판의 전기 절연 층은 프라이머(primer) 혹은 절연 니스 층(insulating varnish layer) 혹은 유기 또는 무기 프리-코팅(pre-coating)이다.
금속 스트립이 상기 기판의 금속층을 형성하고, 상기 금속 스트립의 코팅이 상기 기판의 전기 절연 층을 형성하면, 스트레인 게이지의 구조 상태는 코팅을 구비한 금속 스트립에 의해 단순해질 수 있다. 그럼으로써 상기 측정 그리드들 사이의 열적 결합성이 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 시험체와 측정 그리드 사이에 별도의 접착층을 제공해야 할 필요성도 없어질 수 있다. 이와 같은 방식으로 본 발명에 따르면, 상기 시험체에서 상기 스트레인 게이지로 변형률이 불완전하게 전달될 수 있고, 이는 측정 정확성을 증가시킬 수 있다.
도면들에는 예를 들어 본 발명의 대상이 복수의 실시 변형예에 의해 더 상세하게 도시되어 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 복수의 측정 그리드를 구비한 스트레인 게이지의 평면도이고,
도 1a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ에 따른 부분적으로 개방된 단면도이며, 그리고
도 2는 제2 실시예에 따른 복수의 측정 그리드를 구비한 스트레인 게이지의 평면도이다.
도 1 및 도 1a에 따라 예를 들어 도시된 제1 실시예에 따른 스트레인 게이지(1)는 제1 측정 그리드(2) 및 제2 측정 그리드(3)를 포함한다. 상기 제1 측정 그리드(2)는 2개의 단자(20.1 및 20.2) 사이에서 발생하고, - 상기 제2 측정 그리드(3)는 2개의 전기 단자(30.1 및 30.2) 사이에서 발생하며, 이때 2개의 측정 그리드(2, 3)는 단부 측에서 상기 단자들(20.2 및 30.2)에서 단락되어 있다. 상기 2개의 측정 그리드(2, 3)는 기판(4)상에 제공되어 있고, 공동 평면(9) 내에 배치되어 있다. 도 1 및 도 1a에서 알 수 있는 것처럼, 이와 같은 측정 그리드들(2, 3)은 상기 기판(4)상에서 측면으로 나란히 제공되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다층 기판(4)은 금속층(5) 및 전기 절연 층(6)을 포함하고, 이는 도 1a에 도시되어 있다. 이를 위해 상기 전기 절연 층(6)은 상기 금속층(5) 상에 있다. 상기 전기 절연 층(6)은 예를 들어 상기 금속층(5) 상에 있는 판금, 스트립, 기판, 슬릿 스트립(slit strip), 캐리어 등의 프라이머 또는 초벌층, 코팅 등일 수 있고, 예를 들어 상기 판금, 스트립, 슬릿 스트립, 기판, 캐리어 등은 상기 금속층(5)을 형성한다. 상기 금속층(5), 상기 전기 절연 층(6) 및 상기 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)는 층층이 서로 겹쳐서 배치되어 있다. 바람직하게 상기 전기 절연 층(6)은 상기 금속층(5)을 전체 표면에 걸쳐서 덮는다.
이와 같은 다층 기판(4)에 의해 상기 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)의 비교적 우수한 열적 결합성이 상기 기판(4)의 금속층(5)을 통해 달성될 수 있고, 그럼으로써 다음 단계에서 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)에 대해 동일한 온도 외란 변수로부터 출발할 수 있다. 또한, 그에 따라 상기 측정 그리드들(2, 3 또는 102, 103)은 상기 전기 절연 층(6)에 의해 상기 금속층(5)에 대해 단락 안정적이다. 상기 기판(4)은 추가 층들을 포함할 수 있고, 이는 도시되어 있지 않다.
추가로 상기 2개의 측정 그리드(2, 3)는 상기 기판(4)상으로, 말하자면 상기 전기 절연 층(6) 상으로 인쇄되고, 그럼으로써 이와 같은 측정 그리드들은 단락 없이 나란히 가깝게 제공될 수 있다. 이를 위해 상기 전기 절연 층(6)은 상기 2개의 측정 그리드(2, 3)를 상기 기판(4)의 금속층(5)에 대해 전기적으로 절연시킨다. 인쇄 공정을 위해, 피에조 저항 재료가 사용되는데, 예를 들어 은 또는 흑연에 기초한 페이스트가 사용된다. 따라서 상기 측정 그리드들(2, 3)은 상기 전기 절연 층(6) 상으로 상기 피에조 저항 재료의 인쇄 공정에 의해 인쇄된다.
이와 같은 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103) 상에는 예를 들어 탑 코트(top coat)(11)가 제공되어 있다.
그에 따라 제조된 상기 스트레인 게이지(1)는 비교적 비용 저렴하고 자체 소형의 구현에 의해, 예를 들어 브리지 회로를 통해, 온도 외란 변수를 확실하게 보상할 수 있는 측정 데이터를 전달할 수 있다.
도 1에 따라 추가로 알 수 있는 것처럼, 상기 2개의 측정 그리드(2, 3)는 서로 상이한 위치 설정 방향을 갖고, - 경우에 따라 이와 같은 측정 그리드들(2, 3)은 직각으로 위치 설정되어 있다. 그에 따라 상기 제2 측정 그리드(3)는 상기 제1 측정 그리드(2)의 위치 설정 방향(O)으로 기계적인 하중이 가해지면 수동 측정 그리드로서 작용한다. 2개의 측정 그리드(2, 3)는 동일한 피에조 저항 재료로 구성되고 바람직하게 동일한 공칭 저항(R0[Ω])을 갖는다. 그에 따라 기계적인 하중을 받지 않은 상기 제2 측정 그리드(3)는 상기 제1 측정 그리드(2)의 변형값의 온도 보상을 위해 이용될 수 있는데, - 예를 들어 2개의 측정 그리드(2, 3)가 하프 브리지의 동일한 하브 브리지 분기 내에 제공됨으로써 가능하다.
상기 측정 그리드(2)는 전기적으로 직렬로 접속되고 곡류 형태로 진행하는 4개의 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3 및 2.4)으로 형성된다. 상기 방식으로 위치 설정 방향(O)으로 가해지는 기계적 하중에 대해 상기 제1 측정 그리드(2)의 특히 높은 민감도가 달성될 수 있다.
상기 측정 그리드(3)는 전기적으로 직렬로 접속되고 곡류 형태로 진행하는 4개의 그리드 섹션(3.1, 3.2, 3.3 및 3.4)으로 형성된다. 상기 제1 측정 그리드(2)의 그리드 섹션(2.2)이 상기 제2 측정 그리드(3)의 2개의 그리드 섹션(3.1 및 3.2) 사이에 배치됨으로써, 2개의 측정 그리드(2 및 3)에 대해 거의 동일한 온도 영향이 발생하고, - 그에 따라 측정 그리드들(2 및 3)의 사용하에 더 상세하게 도시되지 않은 공동 하프 브리지에서 측정 결과에 대한 온도 외란 변수는 전반적으로 최소화된다. 상기 측정 결과에 대한 온도 외란 변수의 최소화는 특히 바람직하게 달성되는데, 그 이유는 도 1에서 알 수 있는 것처럼, 상기 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 및 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)이 나란히 교대로, 그리고 서로 연결되어 배치되어 있기 때문이다.
추가로 도 1에 따라, 상기 제1 측정 그리드(2)의 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3 및 2.4)이 나란히 진행하는 각각 2개의 곡류 선(7, 8)을 갖는 상황이 도시된다. 계속해서 상기 제1 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3, 2.4)의 모든 그리드 길이(l2.1, l2.2, l2.3, l2.4)는 상기 제2 그리드 섹션들(3.1, 3.2, 3.3, 3.4)의 모든 그리드 폭(b3.1, b3.2, b3.3, b3.4)과 실질적으로 동일하고, - 그럼으로써, 2개의 측정 그리드(2, 3)를 동일한 온도 레벨로 유지하기 위한 바람직한 전제 조건들이 갖춰진다.
추가로 개별적인 측정 그리드들(2, 3)의 상기 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)은 동일하게 형성되어 있고, 그에 따라 동일한 프로파일을 가지며, 이는 상기 스트레인 게이지(1)의 구조를 단순화한다.
도 2에 따르면, 제2 실시예에 따른 스트레인 게이지(100)가 도시되어 있다. 이와 같은 스트레인 게이지(100)는 제1 측정 그리드(102) 및 제2 측정 그리드(103)를 포함하고, 상기 측정 그리드들은 서로 내부에 배치되어 있거나, 또는 자체 프로파일들에서 서로 내부로 맞물린다.
상기 제1 측정 그리드(102)는 2개의 단자(120.1 및 120.2) 사이에서 발생하고, 상기 제2 측정 그리드(103)는 2개의 전기 단자(130.1 및 130.2) 사이에서 발생한다. 상기 2개의 측정 그리드(102, 103)는 공동 평면(9) 내에 배치되어 있고, - 이는, 이미 제1 실시예에서 기술된 것처럼, 예를 들어 전기 절연부(5)로서 프라이머 또는 초벌층에 의해 코팅된 판금(6) 등일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 2개의 측정 그리드(102, 103)는 기판(4)상으로 인쇄되는데, 말하자면 상기 기판(4)의 전기 절연 층(6) 상으로 인쇄되며, 상기 기판(4)은 추가로 금속층(5)을 더 포함한다. 이와 같은 다층 기판(4)의 구성은 제1 실시예와 같고, 도 1a에 의해 제시될 수 있다.
그럼으로써 상기 2개의 측정 그리드(102, 103)는 단락 없이 서로 가깝게 제공될 수 있다. 인쇄 공정을 위해 피에조 저항 재료들이 사용되는데, 예를 들어 상기 제1 측정 그리드(102)를 위해 은에 기초한 페이스트가 사용되고, 상기 제2 측정 그리드(103)를 위해 흑연에 기초한 페이스트가 사용된다. 따라서 상기 측정 그리드들(102, 103)은 상기 전기 절연 층(6) 상으로 상기 피에조 저항 재료의 인쇄 공정에 의해 인쇄된다.
그에 따라 제조된 상기 스트레인 게이지(100)는 비교적 비용 저렴하게 제조될 수 있고 자체 소형의 구현에 의해 2개의 측정 그리드의 특히 균일한 온도 부하를 갖는다. 그에 따라 수치 보상 방법들이 상기 스트레인 게이지(100)의 측정 결과들로부터 온도 외란 변수를 확실하게 제거할 수 있다.
도 2에 상응하게 상기 제1 및 제2 측정 그리드(102, 103)는 동일하게 위치 설정됨으로써, 결과적으로 이와 같은 2개의 측정 그리드(102, 103)는 동일한 위치 설정 방향(O)으로 가해지는 기계적 하중에서 능동 측정 그리드로서 측정 데이터를 기록한다. 따라서 2개의 측정 그리드에 동일한 온도 외란 변수 및 동일한 변형률이 작용한다. 상기 온도 외란 변수를 보상하기 위해 상기 측정 그리드들(102, 103)의 피에조 저항 재료들은 서로 상이한 온도 계수들(α2, α3) 및 서로 상이한 변형 계수들(k-인자들: k1, k2)을 갖는다. 이와 같은 차이에 의해 측정 결과에서 온도 영향이 보상될 수 있다.
상기 온도 외란 변수의 수치 보상을 위해 상기 측정 그리드들(102 및 103)의 저항들(R102 및 R103)이 적합한 방법에 의해, 가장 간단하게는 저항 측정 장치에 의해 측정된다. 상기 측정 그리드들 각각의 저항은 더 고차원의 온도- 및 변형 의존성을 무시하고, 일반적으로
Figure pct00001
에 의해 기술된다.
이 경우,
Figure pct00002
는 기준 온도
Figure pct00003
에서 변형 없는 개별적인 측정 그리드들의 공칭 저항이고,
Figure pct00004
는 k-인자이며,
Figure pct00005
는 온도 계수,
Figure pct00006
는 변형률 및
Figure pct00007
는 측정 그리드의 온도이다. 그에 따라 상기 측정 그리드들(102 및 103)에 적용했을 때, 2개의 방정식 및 공지되지 않은 2개의 변수인 온도 및 변형률로 구성된 연립 방정식이 주어진다:
Figure pct00008
Figure pct00009
이와 같은 연립 방정식을 해결함으로써 상기 측정 그리드들(102 및 103)의 공동 온도 및 변형률이 산출된다.
그에 따라 측정 데이터에서 정확한 스트레인 게이지(100)가 제조된다.
추가로 도 2에서 제시되는 것처럼, 상기 제1 및 제2 측정 그리드(102, 103)는 각각 곡류 형태로 진행하는 단 하나의 그리드 섹션(102.1, 103.1)을 포함한다. 이와 같은 그리드 섹션(102.1, 103.1)은 서로 내부에 배치되어 있고 동일하게 진행하며, 그럼으로써 상기 2개의 측정 그리드(102, 103)는 이중 곡류 형태로 진행한다.

Claims (15)

  1. 스트레인 게이지(strain gauge)로서,
    제1 측정 그리드(2, 102), 제2 측정 그리드(3, 103) 및 기판(4)을 구비하고, 상기 기판상에서 이와 같은 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)는 공동 평면(9) 내에 배치되어 있는 상기 스트레인 게이지에 있어서,
    상기 다층 기판(4)은 금속층(5) 및 전기 절연 층(6)을 포함하고, 상기 전기 절연 층(6) 상으로 피에조 저항 재료(piezoresistive material)(10.1, 10.2)로 구성된 이와 같은 2개의 측정 그리드(2, 3 또는 102, 103)가 인쇄(print)되는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 측정 그리드(3)는 제1 측정 그리드(2)에 대해 직각으로 위치 설정되어, 상기 제1 측정 그리드(2)의 변형값의 온도 보상을 위한 수동 측정 그리드(3)로서 형성되며, 이를 위해 2개의 측정 그리드(2, 3)는 동일한 피에조 저항 재료(10)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측정 그리드(2, 3)는 동일한 공칭 저항(nominal resistance)(R0)을 갖는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측정 그리드(2, 3)는 각각 하나 이상의 곡류 형태로 진행하는 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)을 포함하고, 상기 제1 측정 그리드(2)의 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3)은 상기 제2 측정 그리드(3)의 2개의 그리드 섹션(3.1, 3.2 또는 3.2, 3.3 또는 3.3, 3.4) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  5. 제4 항에 있어서,
    각각의 측정 그리드(2, 3)는 곡류 형태로 진행하는 복수의 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)을 포함하고, 상기 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)은 교대로 연속적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제1 측정 그리드(2)의 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3, 2.4)은 복수의, 특히 2개의 나란히 진행하는 곡류 선(7, 8)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  7. 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 그리드 섹션(3.1, 3.2, 3.3, 3.4)의 하나 이상의 그리드 폭(b3.1, b3.2, b3.3, b3.4)에 대한 제1 그리드 섹션(2.1, 2.2, 2.3, 2.4)의 하나 이상의 그리드 길이(l2.1, l2.2, l2.3. l2.4)의 비율은 1:0.75 내지 1:1.25, 바람직하게 1:0.9 내지 1:1.1, 특히 1:1인 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  8. 제4 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별적인 측정 그리드들(2, 3)의 그리드 섹션들(2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 3.1, 3.2, 3.3, 3.4)은 동일하게 진행하도록 형성되고, 특히 동일한 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측정 그리드(102, 103)는 동일하게 위치 설정되어 있고 능동 측정 그리드(102, 103)로서 각각 서로 상이한 온도 계수들(α1, α2) 및 서로 상이한 변형 계수들(strain factors)(k1, k2)을 갖는 피에조 저항 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측정 그리드(102, 103)는 각각 곡류 형태로 진행하는 그리드 섹션(102.1, 103.1)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 그리드 섹션들(102.1, 103.1)은 서로 내부에 배치되어 동일하게 진행하는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 측정 그리드(102, 103)는 이중 곡류 형태로 진행하는 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(4)의 금속층(4.1)은 알루미늄 스트립 혹은 강철 스트립 혹은 알루미늄 또는 강철로 이루어진 기판인 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(4)의 전기 절연 층(6)은 프라이머(primer) 혹은 절연 니스 층(insulating varnish layer) 혹은 유기 또는 무기 프리-코팅(pre-coating)인 것을 특징으로 하는, 스트레인 게이지.
  15. 금속 스트립(metal strip)으로서,
    코팅 및 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 스트레인 게이지(1, 100)를 구비하고, 상기 금속 스트립은 상기 스트레인 게이지(1, 100)의 기판(4)의 금속층(5)을 형성하고, 상기 금속 스트립의 코팅은 상기 스트레인 게이지(1, 100)의 기판(4)의 전기 절연 층(6)을 형성하는, 금속 스트립.
KR1020197038703A 2017-05-29 2018-05-29 스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립 KR20200031082A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17173327.2A EP3410060A1 (de) 2017-05-29 2017-05-29 Dehnungsmessstreifen und metallband mit einer beschichtung für solch einen dehnungsmessstreifen
EP17173327.2 2017-05-29
PCT/EP2018/064120 WO2018219976A1 (de) 2017-05-29 2018-05-29 Dehnungsmessstreifen und metallband mit solch einem dehnungsmessstreifen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200031082A true KR20200031082A (ko) 2020-03-23

Family

ID=58800725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197038703A KR20200031082A (ko) 2017-05-29 2018-05-29 스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11156512B2 (ko)
EP (2) EP3410060A1 (ko)
JP (1) JP2020521975A (ko)
KR (1) KR20200031082A (ko)
CN (1) CN110945314B (ko)
WO (1) WO2018219976A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022203274A1 (ko) * 2021-03-25 2022-09-29 삼성전자 주식회사 변형 측정 센서를 포함하는 디스플레이 및 그를 포함하는 전자 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114414123B (zh) * 2022-01-24 2023-08-25 上海交通大学 一种异形金属基底上的应变传感器芯片及其原位制备方法

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1078217A (en) * 1976-03-31 1980-05-27 Robert C. Whitehead (Jr.) Force transducing cantilever beam and pressure transducer incorporating it
US4311980A (en) * 1978-10-12 1982-01-19 Fabrica Italiana Magneti Marelli, S.P.A. Device for pressure measurement using a resistor strain gauge
US4430895A (en) * 1982-02-02 1984-02-14 Rockwell International Corporation Piezoresistive accelerometer
JPH06281511A (ja) * 1993-03-26 1994-10-07 Tokyo Electric Co Ltd 歪センサ
DE4404716A1 (de) * 1994-02-15 1995-08-17 Hottinger Messtechnik Baldwin Dehnungsmeßstreifen und Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens sowie Meßgrößenaufnehmer
DE10228951A1 (de) * 2002-06-28 2004-01-15 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Dehnungsmeßstreifen-Ketten
US7204162B2 (en) * 2004-11-23 2007-04-17 Delphi Technologies, Inc. Capacitive strain gauge
WO2007062813A1 (de) * 2005-12-01 2007-06-07 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Dehnungsmessstreifen
JP4697004B2 (ja) * 2006-03-29 2011-06-08 株式会社日立製作所 力学量測定装置
JP4887260B2 (ja) * 2006-10-31 2012-02-29 アイシン精機株式会社 車両のシート用乗員荷重センサ
US8132468B2 (en) * 2008-05-29 2012-03-13 Zoran Radivojevic Flexural deformation sensing device and a user interface using the same
CN201583247U (zh) * 2010-01-06 2010-09-15 中航电测仪器股份有限公司 双输出应变计
JP6277130B2 (ja) * 2011-10-05 2018-02-14 エムシーテン、インコーポレイテッド 医療用の装置およびそれの製造方法
WO2013174364A2 (de) * 2012-05-21 2013-11-28 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Vorrichtung zur temperaturkompensation für fbg-dehnungssensoren
CN103900460A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 华东理工大学 一种半导体薄膜高温变形传感器
US9308649B2 (en) * 2013-02-25 2016-04-12 LuxVue Techonology Corporation Mass transfer tool manipulator assembly
JP2015094607A (ja) * 2013-11-08 2015-05-18 株式会社共和電業 ひずみゲージおよびひずみ解析システム
US9470503B2 (en) * 2014-02-26 2016-10-18 Apple Inc. Strain-based sensing of mirror position
DE102014205825A1 (de) * 2014-03-28 2015-10-01 Contitech Ag Flexible Sensoranordnung zur Erfassung einer Druckverteilung
US9726587B2 (en) * 2015-01-30 2017-08-08 Stmicroelectronics S.R.L. Tensile stress measurement device with attachment plates and related methods
US9863823B2 (en) * 2015-02-27 2018-01-09 Bebop Sensors, Inc. Sensor systems integrated with footwear
FR3037138B1 (fr) * 2015-06-05 2019-06-07 Safran Aircraft Engines Procede de fabrication d'un dispositif de controle de contrainte et installation permettant la mise en œuvre d'un tel procede
CN105091731B (zh) * 2015-08-13 2017-07-25 浙江工业大学 可测量表面应变轴向偏导的轴向偏差双敏感栅叉指型金属应变片
CN105241369B (zh) * 2015-08-17 2018-02-09 王文 一种mems应变计芯片及其制造工艺
CN105352431B (zh) * 2015-12-04 2017-12-29 浙江工业大学 可测量单侧片外横向偏导的横向分布五敏感栅中密叉指金属应变片
CN105698744B (zh) * 2015-12-25 2018-05-29 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种带补偿应变计的高温静态应变计
US20170254795A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Lawrence Livermore National Security, Llc Cardiac platform for electrical recording of electrophysiology and contractility of cardiac tissues
KR102632730B1 (ko) * 2016-03-23 2024-02-06 삼성디스플레이 주식회사 전자 장치
US10209830B2 (en) * 2016-03-31 2019-02-19 Apple Inc. Electronic device having direction-dependent strain elements
US10209840B2 (en) * 2016-04-20 2019-02-19 Lg Innotek Co., Ltd. Touch window and touch device
CN106370097A (zh) * 2016-08-26 2017-02-01 中航电测仪器股份有限公司 一种用于复合材料的应变计及其制备方法
JP6715145B2 (ja) * 2016-09-27 2020-07-01 株式会社ジャパンディスプレイ タッチセンサ及びタッチセンサ付表示装置
US10287958B2 (en) * 2016-12-20 2019-05-14 Denso International America, Inc. Substrate and filter with stress/strain detection and method of use
KR101837999B1 (ko) * 2016-12-21 2018-03-14 재단법인 포항산업과학연구원 압력센서 및 그 제조방법
KR20180080739A (ko) * 2017-01-04 2018-07-13 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 포함하는 터치 센싱 시스템
CN109141697B (zh) * 2017-06-15 2020-04-10 上海微创电生理医疗科技股份有限公司 应变片、压力传感器以及介入医疗导管
US10694999B2 (en) * 2017-10-13 2020-06-30 Case Western Reserve University Conductive layer formed strain gauge and method of making same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022203274A1 (ko) * 2021-03-25 2022-09-29 삼성전자 주식회사 변형 측정 센서를 포함하는 디스플레이 및 그를 포함하는 전자 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP3631354A1 (de) 2020-04-08
EP3631354B1 (de) 2023-09-27
EP3631354C0 (de) 2023-09-27
US11156512B2 (en) 2021-10-26
CN110945314A (zh) 2020-03-31
WO2018219976A1 (de) 2018-12-06
JP2020521975A (ja) 2020-07-27
US20200191666A1 (en) 2020-06-18
CN110945314B (zh) 2022-07-29
EP3410060A1 (de) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10378989B2 (en) Method for producing a sensor element by means of laser structuring
US7094061B1 (en) Printed circuit board with integral strain gage
US7441467B2 (en) Compression strain sensor
KR100424025B1 (ko) 기계 전기적 트랜스듀서
KR20200031082A (ko) 스트레인 게이지 및 이와 같은 스트레인 게이지를 구비한 금속 스트립
Enser et al. Printed strain gauges embedded in organic coatings
US6842970B2 (en) Method of producing a strain-sensitive resistor
JP6835475B2 (ja) 面圧センサ
JP5995840B2 (ja) 層の厚みの測定
JP2009500829A (ja) 導電層の電気的応答を最適化するための方法、及びその装置
JP6622400B2 (ja) 圧力センサおよび圧力を測定するための方法
CN112345594A (zh) 材料破损检测方法及装置
CN109690233A (zh) 应变片以及用于制造应变片的方法
EP3617683A1 (en) Method of insulating a strain gauge against moisture penetration
Sell et al. Nested, meander shaped strain gauges for temperature compensated strain measurement
US7333346B2 (en) Circuit board having test coupon and method for evaluating the circuit board
RU2244970C1 (ru) Способ изготовления термокомпенсированного тензорезистора
US6647810B1 (en) Force sensor
EP2544514B1 (de) Verfahren zur Überprüfung einer korrekten Klebung eines Substrates auf einem elektrisch und thermisch leitfähigen Körper
Belavic et al. Vertical thick-film resistors as load sensors
US20220299380A1 (en) Device for performing an electrical measurement on a measuring layer
WO2017004242A1 (en) Temperature sensing device and method for making same
Majcherek et al. Glass based IDC sensor element for flex loads on MLCCs in PCB manufacturing chain
US20020035875A1 (en) Bending moment sensor
WO2006091188A1 (en) Printed circuit board with integral strain gage

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application