WO2007062813A1 - Strain gauge - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a strain gauge with a carrier layer on which a measuring grid is arranged and a Meß bodinaufillon with such a strain gauge.
- Strain gauges are used as transducers for the electrical measurement of strains. From the strain, the material tension can be calculated according to methods of strength theory. Depending on the size to be measured and the area of application, different strain gage types are used, whereby the strain gauges are applied to the measuring point by gluing or other methods.
- strain gauges can be classified according to different manufacturing processes. Known are, inter alia, the so-called strain gauges in
- Thin-film technique wherein the strain gauge element is vapor-deposited on a measuring body.
- film strain gauges In the production of film strain gauges, a meandering measuring grid is produced by etching from a very thin metal foil on a photolithographic path. This measuring grid is then connected by gluing to an insulating carrier layer of an organic material.
- carrier layer materials of epoxy resin, phenolic resin, polyimide, polyphenylene sulfide, polyaryletherketone, etc. are used (DE 42 36 981 Cl). Strain gauges or the measuring points are subject to a variety of environmental influences depending on the size to be measured and the application areas.
- strain gauges For protection against moisture, it is known from the prior art to protect the strain gauges with moisture-resistant covers.
- a strain gauge is known for example from DE-OS 27 89 26.
- This strain gage applied to a sensor is coated with an electrically insulating layer, e.g. covered in a resin.
- a metal layer is then applied over the resin layer, so that a moisture-proof hermetic encapsulation of the measuring point is achieved.
- strain gauge is also known, which is already provided in the production with a cover of an insulating material and another layer in the form of a diffusion-inhibiting metallic foil.
- Object of the present invention is to provide a
- the carrier layer is formed by a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium or alloys such as steel, Konstantan.
- the inventively designed strain gauge consists of a carrier layer of a metal foil which is connected to the measuring grid by a thin insulating adhesive layer.
- the use of a metal foil as a carrier layer ensures that the carrier layer does not absorb any moisture and thus resistance changes due to source effects are eliminated. As a result, a strain gauge is produced, which has a zero constancy even with moisture influence and thus has a high measurement accuracy.
- metal foils are available with a thickness of 2.5 - 15 microns and thus in comparison to carrier layers made of plastics very thin carrier layers can be used. As a result, a more direct measured value transmission and thus a more stable and accurate measurement result can be achieved.
- a further advantage of the strain gauge according to the invention is that the metal foil of the carrier layer can be adapted to the material of the measuring sensor and the material of the measuring grid, whereby an overall higher accuracy and stability of a Meßdorfnauf philosophicals can be realized with strain gauges.
- the metal foil of the carrier layer and the material of the measuring grid made of the same material would be used, so that the coefficient of expansion of the carrier layer, the measuring grid and the Meßdorfnauf choirs ideally equal or largely the same.
- the bond between the carrier layer and the measuring grid or the carrier layer, the measuring grid and the covering layer is produced by a heat pressure process (laminated).
- Difference of the thermal expansion coefficients of the two materials is ideally zero or as low as possible.
- FIG. 1 shows a strain gauge according to the invention in a sectional view.
- FIG. 2 shows another embodiment of an inventive strain gauge in a sectional view 1 shows a strain gauge 1 according to the invention in cross-section, which consists essentially of a carrier layer 2 and a measuring grid 3.
- the carrier layer 2 is a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium, alloys such as constantan, steel, chromium / nickel alloys or others.
- the metal foil preferably has a thickness of 2.5-15 ⁇ m.
- the measuring grid 3 with a meandering formed formed element, e.g. made of a thin metallic layer of electrically conductive material. The ends of the meander-shaped element are connected via non-illustrated connection areas with an evaluation circuit in the form of e.g. a Wheatstone bridge circuit connected.
- the measuring grid 3 is from the
- Metal layer for example, structured photolithographically, wherein the measuring grid 3 and the support layer 2 are fixedly connected by an adhesive layer 4.
- adhesives usually adhesives are used on Epoxydharz-, or phenolic resin-based.
- the adhesive layer 4 is preferably 3-5 / cm thick.
- the carrier layer 2 with measuring grid 3 is covered by means of a covering layer 5 made of a thin metal layer.
- the carrier layer 2 with measuring grid 3 and the cover layer 5 are also firmly connected to each other by an adhesive layer 6.
- the bonding between the carrier layer 2 and the measuring grid 3 or the carrier layer 2, the measuring grid 3 and the covering layer 5 takes place by means of a heat pressure process (laminated).
- the strain gauge 1 can also be applied to the Meß bodinaufrent not shown (for example, a load cell).
Abstract
A strain gauge having a measurement grid that is arranged on a carrier layer is intended to be developed in such a manner that the influence of moisture has a high degree of measurement accuracy, in particular a high degree of linearity and an optional creep behaviour. This is achieved by virtue of the carrier layer (2) being formed from a metal film comprising, for example, aluminium, copper, titanium or alloys, for example steel, constantan, chromium/nickel alloys.
Description
DehnungsmessstreifenStrain gauges
Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmessstreifen mit einer Trägerschicht, auf welcher ein Messgitter angeordnet ist sowie ein Messgrößenaufnehmer mit einem solchen Dehnungsmessstreifen .The invention relates to a strain gauge with a carrier layer on which a measuring grid is arranged and a Meßgrößenaufnehmer with such a strain gauge.
Dehnungsmessstreifen werden als Messwertaufnehmer für die elektrische Messung von Dehnungen eingesetzt. Aus der Dehnung kann nach Methoden der Festigkeitslehre die MaterialSpannung berechnet werden. In Abhängigkeit mit der zu messenden Größe und des Einsatzgebietes werden unterschiedliche Dehnungsmessstreifen-Typen eingesetzt, wobei die Dehnungsmessstreifen durch Klebung oder andere Verfahren auf die Messstelle appliziert werden.Strain gauges are used as transducers for the electrical measurement of strains. From the strain, the material tension can be calculated according to methods of strength theory. Depending on the size to be measured and the area of application, different strain gage types are used, whereby the strain gauges are applied to the measuring point by gluing or other methods.
Die Dehnungsmessstreifen können nach unterschiedlichen Herstellungsverfahren eingeteilt werden. Bekannt sind unter anderem die sogenannten Dehnungsmessstreifen inThe strain gauges can be classified according to different manufacturing processes. Known are, inter alia, the so-called strain gauges in
Dünnfilmtechnik, wobei das Dehnungsmessstreifen-Element auf einen Messkörper aufgedampft wird. Weiterhin bekannt sind die sogenannten Folien-Dehnungsmessstreifen. Bei der Herstellung von Folien-Dehnungsmessstreifen wird aus einer sehr dünnen Metallfolie auf fotolithographischem Wege ein mäanderförmiges Messgitter durch Ätzen hergestellt. Dieses Messgitter wird dann durch Verkleben mit einer isolierenden Trägerschicht aus einem organischen Material verbunden. Als Trägerschichten werden je nach Verwendung und Anforderung Trägerschichtmaterialien aus Epoxydharz, Phenolharz, Polyimid, Polyphenylensulfid, Polyaryletherketon usw. eingesetzt (DE 42 36 981 Cl) .
Dehnungsmessstreifen bzw. die Messstellen sind in Abhängigkeit der zu messenden Größe und der Anwendungsgebiete einer Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgesetzt. Feuchtigkeit ist dabei neben der Temperatur ein wesentlicher Grund für instabile Dehnungsmessstreifen-Messstellen. In Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchtigkeit quillt bzw. schrumpft die mit dem Messgitter verbundene Trägerschicht, wobei dieser Feuchteeinfluss je nach Trägerschichtmaterial (oben aufgeführt) eine unterschiedlich große Auswirkung hat. Diese Feuchtigkeitseinwirkungen führen somit unmittelbar zu Widerstandsänderungen und damit zu unkontrollierbaren NuIlpunktveränderungen .Thin-film technique, wherein the strain gauge element is vapor-deposited on a measuring body. Also known are the so-called film strain gauges. In the production of film strain gauges, a meandering measuring grid is produced by etching from a very thin metal foil on a photolithographic path. This measuring grid is then connected by gluing to an insulating carrier layer of an organic material. As support layers depending on the use and requirement carrier layer materials of epoxy resin, phenolic resin, polyimide, polyphenylene sulfide, polyaryletherketone, etc. are used (DE 42 36 981 Cl). Strain gauges or the measuring points are subject to a variety of environmental influences depending on the size to be measured and the application areas. In addition to temperature, humidity is a major reason for unstable strain gauges. Depending on the ambient humidity, the carrier layer connected to the measuring grid swells or shrinks, this moisture influence having a different effect depending on the carrier layer material (listed above). These effects of moisture thus directly lead to changes in resistance and thus to uncontrollable changes in the neutral point.
Zum Schutz vor Feuchtigkeit ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Dehnungsmessstreifen mit feuchteunempfindlichen Abdeckungen zu schützen. Ein derartiger Dehnungsmessstreifen ist beispielsweise aus der DE-OS 27 89 26 bekannt. Dieser auf einem Messgrößenaufnehmer applizierte Dehnungsmessstreifen wird mit einer elektrisch isolierenden Schicht z.B. einem Harz überzogen. Über die Harzschicht wird dann eine Metallschicht aufgebracht, so dass eine feuchtigkeitsdichte hermetische Kapselung der Messstelle erzielt wird.For protection against moisture, it is known from the prior art to protect the strain gauges with moisture-resistant covers. Such a strain gauge is known for example from DE-OS 27 89 26. This strain gage applied to a sensor is coated with an electrically insulating layer, e.g. covered in a resin. A metal layer is then applied over the resin layer, so that a moisture-proof hermetic encapsulation of the measuring point is achieved.
Aus der EP 0 667 514 ist weiterhin ein Dehnungsmessstreifen bekannt, der bereits bei der Herstellung mit einer Abdeckung aus einem isolierenden Material sowie einer weiteren Schicht in Form eine diffusionshemmenden metallischen Folie versehen wird.From EP 0 667 514 a strain gauge is also known, which is already provided in the production with a cover of an insulating material and another layer in the form of a diffusion-inhibiting metallic foil.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einenObject of the present invention is to provide a
Dehnungsmessstreifen sowie einen Messgrößenaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen zu schaffen, der insbesondere unter Feuchteeinfluss eine hohe Messgenauigkeit vor allem hohe Linearität und optimales Kriechverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trägerschicht durch eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan oder Legierungen z.B. Stahl, Konstantan gebildet ist.Strain gauges and a Meßgrößenaufnehmer to create with strain gauges, which has a high measuring accuracy especially high humidity under the influence of high linearity and optimal creep behavior. This object is achieved in that the carrier layer is formed by a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium or alloys such as steel, Konstantan.
Der erfindungsgemäß ausgestaltete Dehnungsmessstreifen besteht aus einer Trägerschicht aus einer Metallfolie welche mit dem Messgitter durch eine dünne isolierende Klebeschicht verbunden ist. Bei dem Einsatz einer Metallfolie als Trägerschicht wird gewährleistet, dass die Trägerschicht keine Feuchtigkeit aufnimmt und damit Widerstandsänderungen durch Quelleffekte ausgeschaltet werden. Hierdurch wird ein Dehnungsmessstreifen hergestellt, der auch bei Feuchteeinfluss eine Nullpunktkonstanz aufweist und somit eine hohe Messgenauigkeit hat .The inventively designed strain gauge consists of a carrier layer of a metal foil which is connected to the measuring grid by a thin insulating adhesive layer. The use of a metal foil as a carrier layer ensures that the carrier layer does not absorb any moisture and thus resistance changes due to source effects are eliminated. As a result, a strain gauge is produced, which has a zero constancy even with moisture influence and thus has a high measurement accuracy.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Metallfolien mit einer Dicke von 2,5 - 15 μm verfügbar sind und somit im Vergleich zu Trägerschichten aus Kunststoffen sehr dünne Trägerschichten einsetzbar sind. Hierdurch ist eine direktere Messwertübertragung und somit ein stabileres und exakteres Messergebnis erzielbar.Another advantage is that metal foils are available with a thickness of 2.5 - 15 microns and thus in comparison to carrier layers made of plastics very thin carrier layers can be used. As a result, a more direct measured value transmission and thus a more stable and accurate measurement result can be achieved.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen besteht darin, dass die Metallfolie der Trägerschicht dem Material des Messgrößenaufnehmers und dem Material des Messgitters angepasst werden kann, wodurch eine insgesamt höhere Genauigkeit und Stabilität eines Messgrößenaufnehmers mit Dehnungsmessstreifen verwirklicht werden kann.A further advantage of the strain gauge according to the invention is that the metal foil of the carrier layer can be adapted to the material of the measuring sensor and the material of the measuring grid, whereby an overall higher accuracy and stability of a Meßgrößenaufnehmers can be realized with strain gauges.
Bei einem Messgrößenaufnehmer aus Aluminium würde die Metallfolie der Trägerschicht sowie das Material des Messgitters aus dem gleichen Material verwendet, so dass der Ausdehnungskoeffizient der Trägerschicht, des Messgitters und
des Messgrößenaufnehmers im Idealfall gleich bzw. weitgehend gleich sind.In a sensor made of aluminum, the metal foil of the carrier layer and the material of the measuring grid made of the same material would be used, so that the coefficient of expansion of the carrier layer, the measuring grid and the Meßgrößenaufnehmers ideally equal or largely the same.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verklebung zwischen Trägerschicht und Messgitter bzw. der Trägerschicht, dem Messgitter und der Abdeckschicht durch einen Wärmedruckprozess (kaschieren) erzeugt wird.In a further advantageous embodiment, it is provided that the bond between the carrier layer and the measuring grid or the carrier layer, the measuring grid and the covering layer is produced by a heat pressure process (laminated).
Wie oben bereits erläutert, wird man bei der Herstellung des Dehnungsmessstreifens das Material der Trägerschicht und dasAs already explained above, in the production of the strain gauge, the material of the carrier layer and the
Material des Messgitters derart auswählen, dass derSelect the material of the measuring grid in such a way that the
Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien im Idealfall Null bzw. möglichst gering ist.Difference of the thermal expansion coefficients of the two materials is ideally zero or as low as possible.
Beim Kaschierprozess wird somit die Ausdehnung der Materialien (Trägerschicht / Messgitter) beim Erwärmen und anschließendenDuring the laminating process, the expansion of the materials (carrier layer / measuring grid) during heating and subsequent processing is thus achieved
Abkühlen weitgehend gleich sein.Cooling to be largely the same.
Hierdurch ist eine glattliegende spannungsfreie Kaschierung herstellbar.As a result, a smooth tension-free lining can be produced.
Anhand der in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wird der Erfindungsgegenstand näher beschrieben.With reference to the embodiments shown in the following drawings, the subject invention will be described in detail.
Es zeigt :It shows :
Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen in Schnittdarstellung.1 shows a strain gauge according to the invention in a sectional view.
Fig. 2: eine weitere Ausführungsform eines erfindergemäßen Dehnungsmessstreifens in Schnittdarstellung
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Dehnungsmessstreifen 1 im Querschnitt, der im wesentlichen aus einer Trägerschicht 2 und einem Messgitter 3 besteht.2 shows another embodiment of an inventive strain gauge in a sectional view 1 shows a strain gauge 1 according to the invention in cross-section, which consists essentially of a carrier layer 2 and a measuring grid 3.
Die Trägerschicht 2 ist eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan, Legierungen wie Konstantan, Stahl, Chrom/Nickel -Legierungen oder anderen. Die Metallfolie hat dabei vorzugsweise eine Dicke von 2,5 - 15 μm . Auf diese Trägerschicht 2 ist das Messgitter 3 mit einem mäanderförmig angeordneten ausgebildeten Element z.B. aus einer dünnen metallischen Schicht elektrisch leitenden Materials angebracht. Die Enden des mäanderförmig angebrachten Elementes sind über nichtdargestellte Anschlussbereiche mit einer Auswerteschaltung in Form von z.B. einer Wheatstonschen Brückenschaltung verbunden. Das Messgitter 3 wird aus derThe carrier layer 2 is a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium, alloys such as constantan, steel, chromium / nickel alloys or others. The metal foil preferably has a thickness of 2.5-15 μm. On this support layer 2, the measuring grid 3 with a meandering formed formed element, e.g. made of a thin metallic layer of electrically conductive material. The ends of the meander-shaped element are connected via non-illustrated connection areas with an evaluation circuit in the form of e.g. a Wheatstone bridge circuit connected. The measuring grid 3 is from the
Metallschicht beispielsweise fotolitographisch strukturiert, wobei das Messgitter 3 und die Trägerschicht 2 durch eine Klebeschicht 4 fest verbunden sind. Als Klebstoffe werden meist Klebstoffe auf Epoxydharz-, oder Phenolharzbasis eingesetzt. Die KlebstoffSchicht 4 ist vorzugsweise 3-5/zmdick.Metal layer, for example, structured photolithographically, wherein the measuring grid 3 and the support layer 2 are fixedly connected by an adhesive layer 4. As adhesives usually adhesives are used on Epoxydharz-, or phenolic resin-based. The adhesive layer 4 is preferably 3-5 / cm thick.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (dargestellt in Figur 2) ist vorgesehen, dass die Trägerschicht 2 mit Messgitter 3 mittels einer Abdeckschicht 5 aus einer dünnen Metallschicht abdeckt wird. Die Trägerschicht 2 mit Messgitter 3 und die Abdeckschicht 5 werden ebenfalls durch eine Klebeschicht 6 fest miteinander verbunden.In a further embodiment of the invention (shown in FIG. 2), it is provided that the carrier layer 2 with measuring grid 3 is covered by means of a covering layer 5 made of a thin metal layer. The carrier layer 2 with measuring grid 3 and the cover layer 5 are also firmly connected to each other by an adhesive layer 6.
Die Verklebung zwischen der Trägerschicht 2 und dem Messgitter 3 bzw. der Trägerschicht 2, dem Messgitter 3 und der Abdeckschicht 5 erfolgt durch einen Wärmedruckprozess (kaschieren) . Auf gleiche Weise kann der Dehnungsmessstreifen 1 auch am nicht dargestellten Messgrößenaufnehmer (beispielsweise einer Wägezelle) appliziert werden.
The bonding between the carrier layer 2 and the measuring grid 3 or the carrier layer 2, the measuring grid 3 and the covering layer 5 takes place by means of a heat pressure process (laminated). In the same way, the strain gauge 1 can also be applied to the Meßgrößenaufnehmer not shown (for example, a load cell).
Claims
1. Dehnungsmessstreifen mit einem auf einer Trägerschicht angeordneten Messgitter, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) durch eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan oder Legierungen z.B. Stahl, Konstantan, Chrom/Nickel -Legierungen gebildet ist.1. Strain gauge with a arranged on a support layer measuring grid, characterized in that the carrier layer (2) by a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium or alloys, e.g. Steel, Konstantan, chrome / nickel alloys is formed.
2. Dehnungsmessstreifen nach Anspruch 1, wobei eine das Messgitter (3) abdeckende Abdeckschicht (5) vorgesehen ist, die durch eine Metallfolie beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Titan oder Legierungen beispielsweise Konstantan gebildet ist.2. Strain gauge according to claim 1, wherein the measuring grid (3) covering covering layer (5) is provided, which is formed by a metal foil, for example, aluminum, steel, copper, titanium or alloys, for example, constantan.
3. Dehnungsmessstreifen nach Anspruch 1, wobei eine das Messgitter (3) abdeckende Abdeckschicht (5) vorgesehen ist, die durch eine Folie aus einem anorganischen3. Strain gauge according to claim 1, wherein a measuring grating (3) covering cover layer (5) is provided, which is covered by a film of an inorganic
Material beispielsweise Glas oder Keramik gebildet ist.Material is formed, for example, glass or ceramic.
4. Dehnungsmessstreifen nach einem der vorhergehenden4. Strain gauge according to one of the preceding
Ansprüche, wobei der Verbund zwischen Trägerschicht (2) und Messgitter (3) bzw. zwischen Messgitter (3),Claims, wherein the bond between carrier layer (2) and measuring grid (3) or between measuring grid (3),
Trägerschicht (2) und Abdeckschicht (5) durch Verkleben hergestellt ist.Carrier layer (2) and cover layer (5) is made by gluing.
5. Dehnungsmessstreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (2) und das Messgitter (3) sowie ggf. die Abdeckschicht (5) aus dem gleichen Material gebildet sind.5. Strain gauge according to one of the preceding claims, wherein the carrier layer (2) and the measuring grid (3) and possibly the covering layer (5) are formed from the same material.
6. Messgrößenaufnehmer mit mindestens einem Dehnungsmessstreifen mit einem auf einer Trägerschicht angeordnetem Messgitter, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) des Dehnungsmessstreifens (1,1') und gegebenenfalls eine das Messgitter (3) abdeckende Abdeckschicht (5) durch eine Metallfolie aus beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan bzw. Legierungen wie Konstantan, Stahl usw. gebildet ist. 6. Meßgrößenaufnehmer with at least one strain gauge with a on a support layer arranged measuring grid, characterized in that the carrier layer (2) of the strain gauge (1,1 ') and optionally a cover grid (3) covering cover layer (5) by a metal foil of, for example, aluminum, copper, titanium or alloys such as Konstantan, steel etc. is formed.
Applications Claiming Priority (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06818892 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |