SE457383B - Sensoranordning innefattande en basplatta med ett flertal elektrodpar - Google Patents

Description

30 35 457 sas ; 2 svälla ut i sidled med fjädrande spänningslagringar som följd och att rikta kraften mer noggrant mot en basplatta 4, dvs. chippet eller kortet. Basplattan 4 är försedd med metalliska känselfing- rar eller avkänningsorgan och består av isolerat substrat, såsom t.ex. ett keramiskt material, laminat eller liknande. Vidare äro anbragta momentutjämníngsplattor S, som ha till uppgift att fun- gera som temperaturutjämnare, varjämte sensorn även innehåller givarmedia 6, som äro utförda med konduktiv beläggning.

Den elektriska funktionen hos X-Y-Z-sensorn i första hand basplattan 4 skall nu närmare angivas. Principen kan liknas vid en passiv bipolär transistor med mekanisk bas, där emitter och kollektor äro elektroder och basen är den mekaniska kraften.

Känsligheten avgöres av avståndet mellan elektroderna, och över- gångens längd bestämmer strömflödet. När sensorn är obelastad, är strömflödet litet och sensorn leder i mindre grad, emedan de ledande partiklarna i mediets yta icke har tillräckligt stor be- röringsyta (jfr. med en transistors värmeavledning, löst skruvad mot kylfläns och hårt skruvad mot kylfläns eller olika fläns- storlekar), dvs. den mekaniska kopplingsimpedansen bestämmer så- ledes resistansändringen. Eftersom elektroderna ligga i ett plan, går flödet blott på ytan i mediet och icke genom "egentlig" ~resistanskropp, jfr. massa-motstånd och metallfilmmotstånd, olik- heten visar sig bl.a. i brustalet. I nämnda fall bör bruset vara lågt, eftersom mätningar även vid låga nivåer äro önskvärda. Den egentliga sensorn bestående av elektrodyta och givaryta är så- ledes skiktad. Detta medför, att sensorn kan utföras mycket tunn beroende på framställningsteknik och gör att snedkrafter icke kunna existera i samma grad i en yta, såsom de uppträda i en volym, eftersom t.ex. töjningsgivare icke kunna fungera utan någon form av underlag, dvs. något som har en fysisk volym, och i volymen kunna skjuvkrafter uppstå, emedan detta är ett tre- dimensionellt fenomen. Detta medför, att sensorn enklare låter sig riktas mot kraften. Sensorn arbetar antingen inspänd eller fritt beroende på typ av tillämpning. Fördelen med sensor av denna typ är, att den arbetar med mycket stort sving, typ 0,5- 0,9 v/v, och att sensorn arbetar både statiskt och dynamiskt från DC till flera hundra KC. Sensorn kan, om så erfordras, ut- föras fysiskt mycket liten, 1 mmz eller mindre, och att kraften kan anbringas direkt på sensorn. Detta innebär, att mätningar 10 15 20 25 30 35 457 383 3 kunna göras i oändligt små punkter, och att kapsling i mindre grad är hysteresberoende. När större delen av kraften kan upp- tagas av sensorn och icke av töjande metaller, är töjningsgivare helt beroende av underlagets hysteres,.eftersom den blott mäter underlagets töjning. Mekanisk tâlíghet är en annan styrka hos sensorn, på grund av sin uppbyggnad kan den hanteras mer vårds- löst än piezo- och kvartskristaller (spröda).

Figurerna 2 och 3 visa tvâ över varandra med mellanlig- gande momentupptagande fjäderring 7 anbragta, med momentarm 8 och avkänningsorgan A,B,C,D resp. a,b,c,d försedda basplattor 4 och 4'. Avkänningsorganen §,B,C,D respektive a,b,c,d ligga på samma centrumavstând från varandra med 90° delning i förhållande till en punkt X på respektive basplatta 4 och 4'. Punkten X är ett vrid- och kraftcentrum för sensorn eller basplattorna. När sensorns momentarm 8 utsättes för en kraft, som infaller vinkel- rätt från sidan mot momentarmen, uppstå resistansskillnader í A och C respektive a och c (A och c ökar, medan C och a minskar) och inga resistensskillnader i B,D,b och d vid vinkelrätt från sidan kommande kraft mot armen, annars även olikheter i B,D,b och d. När sensorns momentarm 8 utsattes för ovanifrån kommande kraft, påverkas samtliga avkänningsorgan A,B,C,D,a,b,c och d.

"Figure '3 visar i första hand den elektriska funktionen hos sen- sorns bada basplattor 4 och 4' i de tre axlarna X, Y och Z. Om den ena basplattan skulle uteslutas, bildas s.k. halvbryggor.

Beträffande momentutjämningsplattorna 5 kan sägas, att när sensorn är ansluten till en strömkälla, värme alstras i de fria partierna av de tunna spalter, som avstânden mellan basplattans 4 elektroder bilda emot den elektriskt ledande delen (sidan) av den polymerburna metallfílmytan. Spaltens bredd i substratet avgör arbetsområdet. När interna olikheter i övergångarna mellan elektrodytorna kunna medföra partiell överhettning, måste detta utjämnas och spridas över hela den aktiva delen av sensorns yta, så att termiska rörelser undvikas och att temperaturen kan hål- las på ett för givarmediet 6 lämpligt område. Detta medför, att det termiska bruset kan hållas lågt, eftersom brustalet avgör upplösningen och sensorns totala dynamik. Materialet i plattorna 5 skall ha god termisk ledningsförmâga och låg hysteres samt att plattorna 5 även ha en elektriskt skärmande funktion. Plattornas S r 10 15 20 ZS 45-7 383. . 4 mekaniska funktion är att utgöra bärare för givarmediet 6 samt att överföra och sprida momentet jämnt över hela ytan. -_ Figur 4 visar, hur en sensor S monteras eller inspän- nes i t.ex. bultförband för att där mäta krafter eller rörel- ser i materialet. Sensorns S deformationsplatta hoppressas och anpassar sig efter en draganordnings F yta A till ett botten- läge, dvs. när sensorn S har samma höjd som sensorhållaren B.

I detta läge har sensorns S arbetstryck uppnåtts och den kan belastas till sensorhállarens B flytgräns eller omgivande de- lars deformationsgräns. I figuren 4 angives också ett fundament eller fästplatta C, som står i förbindelse med t.ex. fordonets lastavkännande del, och en kabelstam D till sensorn. Figur 5 visar, hur sensorn S vid lastprov med en draganordning F direkt kan insättas i t.ex. stumma bultförband. I figuren 5 visas ett på ett icke visat fordon, t.ex. i förbindelse med dettas rambalk fastsatt, konventionellt fäste i form av en fästplatta C, som normalt ingår i ett fordons draganordning och mot vilken en fäst- del F' på en draganordníng F är avsedd att fastspännas medelst två bultar E. En sensor S innehållande hål är anbragt för bultar- na E och sensorn S är utförd med en av två delar försedd tryck- beroende resistiv anordning, som är inspänd mellan fästplattan C och fästdelen F'.

Uppfinningen är naturligtvis icke begränsad till detta utförande utan kan självklart varieras inom ramen för uppfin- ningstanken. . '

Claims (1)

1. 5 . 45.7 383 P A T E N T K B-A V 1 Sensoranordning innefattande en basplatta(4) med ett flertal elekt- rodpar, varvid varje par är försett med en kontaktgivarmedieplatta(6) med konduktiv beläggning, som ligger över elektrodparet för att ge en konduktiv bana däremellan, varjämte varje kontaktplatta(6) är uppburen på sidan mitt emot elektrodparet av en ntjämningsplatta(5), varvid var- je elektrodpar och tillhörande kontaktplatta(6) tillsammans utforma ett mekaniskt lastavkänningaorgan(4), varjämte den elektriska resistansen mellan elektroderna beror på ytkontakten mellan kontaktplattan(6) och elektroderna och sålunda på en mekanisk last pressande kontaktp1attan(6) mot dem, varvid varje utjämningsplatta(5) verkar att fördela lasten jämnt över ytan på dess kontaktplatta(6), k ä n n e t e c k n a d därav, att den består av iastfardelningsdrganh den 3) anordnade att överföra kraf- ter beroende på en anbragt last genom utjämningsplattorna(5) till fler» talet lastavkänningsorgan(4), så att de relativa lasterna på de olika avkänningsorganen(4) äro beroende av den anbragta lastens riktning, och att flertalet mekaniska avkänningsorgan(4) äro anordnade så, att sensor- anordningen kan ge utsignaler angående krafter anbragta i X,Y och Z- riktning | 2 Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t_e c k n a d därav, att last- fördelningsorganet(1 och 3) omfattar ett deformationsorgan innefattande en respektive grupp av cylindriska kompressionsstavar(1) för överföring av krafter till varje avkänningsorgan(4)s varvid stavarna(1) ga genom hål i en platta(3), som är försedd med en ring uppbärande en mellanzon av varje stav(1) 3 Anordning enligt kraven 1 och 2, k ä n n e t e-c k n a d därav, att den är försedd med fyra-mekaniska lastsensorer anbragta på basplattan(4) utmed fyra sidor av en kvadrat _ 4 Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att elektroderna av varje par äro utformade som en mellan känselfingrar insatt grupp 5 Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att två koaxiella basplattor äro skilda av en elastisk ring(7), varvid varje basplatta(4) är försedd med ett flertal mekaniska lastavkännings- organ(4) 6 Anordning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att last- fördelningsorganet(1 och 3) är försedd med en momentarm(8) gående lodrätt från någon av basplattorna(4) och fästa vid denna basplatta 7 Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n-a d därav, att utjämningsplattorna(5) äro utförda av material med god termisk led- 45-7 383 nimgsförmåga. och låg hysteres.