PT87467B

PT87467B - Sensor electrico de forcas e/ou deformacoes, utilizavel em particular como sensor de pressao

Info

Publication number: PT87467B
Application number: PT8746788A
Authority: PT
Inventors: Roberto Dell Acqua
Original assignee: Marelli Autronica
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1993-12-31
Also published as: PT87467A

Description

SENSOR ELECTRICO DE FORÇAS E/OU DEFORMAÇÕES,

UTILIZÁVEL EM PARTICULAR COMO SENSOR

DE PRESSÃO

A presente invenção refere-se a um sensor eléc trico de forças e/ou deformações, utilizável em particular como sensor de pressão.

Mais especificamente, a presente invenção tem por objecto um sensor que compreende uma estrutura de suporte que inclui um elemento deformável elasticamente por acção de uma força ou pressão a medir e sobre a qual é depositado pelo menos um elemento piezo-resistivo sensível constituído por uma resistência de película espessa ou uma película fina, suportando a referida estrutura meios electricamente condutores ligados ao referido pelo menos um elemento sensível e apropri^ ados para permitir a ligação a meios de circuitos de alimenta ção e processamento.

Nos sensores conhecidos deste tipo, utilizados em particular como sensores de pressão, os elementos sensíveis piezo-resistivos são depositados por serigrafia numa face de uma lâmina fina coretituída por exemplo por um material cerâmico. Tal lâmina é depois apertada entre duas meias conchas rígidas, também elae constituídas por um material cerâmico. As duas meias conchas formam no seu conjunto uma cápsula e uma delas habitualmente apresenta uma abertura para a ligação a um ambiente no qual se pretende detectar a pressão.

Tais sensores conhecidos apresentam portanto um certo número de peças (lâmina, meias conchas) que devem ser coladas entre si, por exemplo com a utilização de uma goma vítrea cozida no forno. Além disso, nesses sensores conhecidos a ligação dos elementos piezo-resistivos a circuitos de alimen tação e processamento exteriores implica a deposição, por exem pio por processos de gerigrafia, de pistas condutoras na lâmina deformável que suporta os elementos piezo-resistivos e sobre pelo menos uma das meias conchas que formam a cápsula. A ligação das pistas condutoras das ditas meias conchas com as pistas condutoras da lâmina que leva os elementos piezo-resistivos requer pois precauções e operações particulares, por exemplo o recurso a furos metalizados na meia concha.

No conjunto, tendo em vista o que se disse ante riormente, os sensores conhecidos são de fabricação complexa e dispendiosa.

objecto da presente invenção consiste em pro porcionar um sensor eléctrico do tipo atrás definido, o qual apresenta um número reduzido de peças, tem dimensões e peso consideravelmente menores do que os dispositivos conhecidos e apresentam custos de fabricação decididamente mais baixos.

Tal objectivo é realizado segundo a presente in venção por meio de um sensor eléctrico de forças e/ou deformações, utilizável em particular como sensor de pressão, caracte rizado pelo facto de a referida estrutura de suporte ser constituída por uma placa rígida, numa face da qual é aberta uma cavidade cuja parede do fundo é fina e susceptível de se defor mar elasticamente sob a acção de uma força ou pressão a medir, sendo o referido pelo menos um elemento sensível depositado na outra face da referida placa, em correspondência com a parede de fundo da cava e sendo os referidos meios condutores igualmente aplicados na referida outra face da placa.

No sensor segundo a presente invenção, a estru tura de suporte reduz-se a uma única peça, isto é, a placa r_í gida, e o elemento elasticamente deformável por acção da força ou pressão a medir é constituído pela parede de fundo da referida cavidade. A estrutura do sensor resulta portanto extremamente simplificada. Além disso, quer os elementos piezo-resistivos, quer as pistas condutoras para a sua ligação a circuitos de alimentação e/ou processamento podem ser depositados por um processo de serigrafla numa só superfície, isto é, na face da placa rígida oposta àquela onde é aberta a cavidade .

Outras características e vantagens do sensor segundo a presente invenção aparecerão na descrição pormenorizada que se segue, feita com referência aos desenhos anexos, z fornecidos a título meramente ilustrativo e não limitativo, nos quais:

A figura 1 é uma vista em perspectiva de um sensor segundo a presente invenção;

A figura 2, uma vista em corte feito pela linha (il-ll) da figura 1; e

A figura 3, uma vista em corte análoga à vista da figura 2, que mostra uma outra forma de realização do sensor segundo a presente invenção.

Com referência à figura 1, um sensor eléctrico de forças e/ou deformações e, em particular, um sensor de pres (

são segundo a presente invenção, compreende	uma placa rígida
de suporte (1), constituída por exemplo por	um material cerâ
mico. Numa face da placa (1), como se vê em	particular na fi-

gura 2, é aberta uma cavidade (2), cuja parede de fundo (2a) é fina e susceptível de se deformar elasticamente sob a acção de uma força ou pressão a medir.

A placa (1) pode ter por exemplo uma espessura de 1,5 a 3 mm* A espessura da parede de fundo (2a) na cavidade é de por exemplo 150 a 200 micrómetros,

A cava (2) tem de preferência a forma cilíndri ca ou ligeiramente tronco-cónica com uma secção transversal que se reduz progressivamente no sentido da parede de fundo (2a).

Na outra face (lb) da placa (1), na forma de realização ilustrada, são depositadas, por um processo de serigrafia, quatro resistências de película espessa ou fina (r), que funcionam como elementos sensíveis piezo-resistivos. Tais resistências podem ser por exemplo ligadas entre si para formar um circuito em ponte de Wheatstone. As ligações entre as várias resistências são realizadas por meio de pistas conduto ras (c), igualmente depositadas na face (lb) da placa usando técnicas de serigrafia.

As resistências (r) são depositadas numa aréola indicada com (lc) na figura 1, correspondente à parede de fundo (2a) da cava (2). Tal parede serve portanto de elemento deformável elasticamente que, por acção de forças ou pressões a medir, é susceptível de determinar deformações corresponden tes das resistências (r) e as consequentes variações da sua /7resistência óhmica.

As resistências (R) são ligadas a um circuito de processamento indicado no seu conjunto pela referência (3) na figura 1, o qual é vantajosamente realizado, por exemplo na tecnologia dos circuitos híbridos, na mesma face (lb) da placa (1) na qual são aplicadas as resistências. A ligação en tre as resistências (r) e o circuito de processamento (3) é realizada por meio de pistas condutoras (c) depositadas por serigrafia.

circuito (3) pode compreender por exemplo um amplificador operacional destinado a amplificar a tensão entre dois vértices opostos do circuito em ponte formado pelas resistências.

Por meio de outras pistas condutoras (d) (figura 1), o circuito (3) pode ser ligado a circuitos exteriores ao sensor e a uma fonte de tensão de alimentação.

O sensor representado nas figuras 1 e 2 tem a cava (2) aberta e destina-se a permitir por exemplo a efect^i vação de medidas de pressão relativa. Para a medição da pressão relativa num determinado ambiente, a cava (2) pode ser acoplada a esse ambiente por meio, por exemplo, de um tubinho, uma de cujas extremidades é introduzida à força ou fixada por outro meio, na boca da cava (2).

Para a medição de pressões absolutas, o sensor anteriormente descrito pode ser modificado da meneira ilustrada na figura 3. Também nessa forma de realização, a placa (1) apresenta uma cavidade (2), tendo todavia uma abertura de entrada (2b) que apresenta dimensões transversais reduzidas re6

lativamente às dimensões transversais da cava. Tal abertura é fechada e selada de maneira estanque por exemplo por meio da deposição de uma gota de estanho (4).

Desse modo, define-se no interior da placa (1) uma cavidade (5) fechada estanque aos gases. Se, com meios já conhecidos, se produzir nessa cavidade um vazio, o sensor assim realizado fornecerá indicações sobre as pressões absolutas medidas.

sensor segundo a presente invenção apresenta numerosas vantagens.

Em primeiro lugar, a estrutura de um tal sensor compreende uma só peça, facilmente realizável, por exemplo por estampagem ou sinterização. Não são portanto exigidas operações de montagem e colagem como nos sensores segundo a técnica anterior.

Uma outra vantagem reside no facto de todas as operações de deposição serigráfica terem de efectuar-se numa única superfície, isto é, na face (lb) da placa de suporte <^Z. (1).

As dimensões totais e o peso do sensor resultam, por outro lado, bastante reduzidos e o fabrico do sensor é no seu conjunto mais simples e economico.

Claims

1.- Sensor elêctrico de forças e/ou deformações, utilizável em particular como sensor de pressão, que compreende uma estrutura de suporte (1) que inclui um elemento (2a) deformável elasticamente por acção de uma força ou pressão a medir e sobre a qual é depositado pelo menos um elemento sensível piezo-resistivo (R) constituído por uma resistência de película espessa, suportando a referida estrutura além disso meios electricamente condutores (C) ligados ao referido pelo menos um elemento sensível (R) e apropriados para permitir a ligação a meios de circuitos de alimentação e/ou processamento (3) , caracterizado pelo facto de a referida estrutura de suporte ser constituída por uma placa rígida (1) em uma de cujas faces (la) é aberta uma cavidade (2) cuja parede de fundo (2a) é fina e susceptível de se deformar elasticamente sob a acção de uma força ou pressão a medir, sendo o referido pelo menos um elemento sensível (R) aplicado na outra face (lb) da referida placa (1) em correspondência com a parede de fundo (2a) da cava (2) , sendo os referidos meios condutores (C) igualmente aplicados na referida outra face (lb) da placa (1) .

2. - Sensor de acordo com a reivindicação 1, em particular para a medição de pressões relativas, caracterizado pelo facto de a referida cavidade (2) ser aberta.

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3. - Sensor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a referida cavidade (2) ter uma forma substancialmente cilíndrica.

4. - Sensor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a referida cavidade (2) ter uma forma substancialmente tronco-cónica ou tronco-piramidal, com dimensões transversais que se reduzem no sentido da parede de fundo (2a).

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5. - Sensor de acordo com a reivindicação 1, particularmente para a medição de pressões absolutas, caracterizado pelo facto de a abertura de entrada (2b) da referida cavidade (2) ser fechada por meios de selagem estanques aos gases (4) de tal modo que definem na espessura da placa (1) uma cavidade fechada (5) , na qual se faz o vácuo.

6. - Sensor de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida estrutura de suporte (1) tem além disso meios de circuitos (3) de alimentação e/ou de processamento dos sinais fornecidos pelo referido pelo menos um elemento sensível (R), caracterizado pelo facto de os referidos meios de circuitos (3) serem aplicados na face (lb) da referida placa (1) na qual é depositado o referido pelo menos um elemento sensível (R).

7.- Sensor de acordo com a reivindicação 6, caracteriza- do pelo facto de os referidos meios de circuitos serm realizados r' com a tecnologia dos circuitos híbridos,

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Lisboa, 12 de Maio de 1988

O Aqente Oficial da Propriedade Industrial ___ / , V

RESUMO

Sensor eléctrico de forças e/ou deformações, utilizável em particular como sensor de pressão

A invenção refere-se a um sensor de forças e/ou deformações utilizável em particular como sensor de pressão, o qual compreende uma estrutura de suporte constituída por uma placa rígida (1), em uma de cujas faces (la) está aberta uma cavidade (2). A parede do fundo (2a) da cavidade (2) é fina e susceptível de se deformar elasticamente sob a acção de uma força ou pressão a medir. A outra face (lb) da placa (1) , em correspondência com a parede do fundo (2a) da cavidade (2), é aplicado pelo menos um elemento sensível piezo-resistivo (R), constituído por uma resistência de película espessa. Nessa face (lb) da placa (1) são além disso aplicados meios electricamente condutores (C) ligados ao elemento y- ou aos elementos sensíveis (R), para permitir a sua ligação a circuitos de alimentação e processamento (3). Convenientemente, tais circuitos (3) podem ser realizados com a tecnologia dos circuitos híbridos de película espessa ou uma película fina na mesma face (lb) da placa de suporte (1) que leva o elemento ou os elementos piezo-resistivos (R).

Para medições de pressão absoluta, a abertura de entrada (2b) da cava (2) pode ser fechada e selada de maneira estanque aos gases, de modo a definir na espessura da placa (1) uma cavida-11 de fechada (5) na qual se faz o vácuo.

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