專利名稱：帶有可變形支架的電容式力敏傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有可變形支架的電容式力敏傳感器，屬物理測(cè)量儀器領(lǐng)域。
目前已有的電容式力敏傳感器種類繁多，如申請(qǐng)?zhí)枮?3118056.2的中國發(fā)明專利，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中101是可變形支架，102是徑向不變形支架，103是軸向不變形支架，104是可動(dòng)電容極板，105是導(dǎo)電薄層，106是粘結(jié)材料，107是蓋板，108是導(dǎo)電薄層。導(dǎo)電薄層108構(gòu)成傳感電容的定極板，它位于傳感器可變形支架的一端。外力沿軸線方向作用于可變形支架使電容極板間距變化從而實(shí)現(xiàn)傳感功能。然而，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于機(jī)械傳力方面的因素，同樣的外力每次作用在傳感器可變形支架上的方向、位置均略有不同，致使可動(dòng)極板在相同外力作用下每次的動(dòng)作情況有微小差異，影響了傳感器的重復(fù)精度。
本發(fā)明的目的是克服已有的不足之處，提出一種電容式力敏傳感器可變形支架和不變形支架以及電容極板的新結(jié)構(gòu)，使它在保持高靈敏度的同時(shí)具有很好的抗彎性能，從而提高其重復(fù)精度，且結(jié)構(gòu)簡單，便于使用成熟技術(shù)，大批量，高度一致性的生產(chǎn)。
本發(fā)明的內(nèi)容是帶有可變形支架的電容式力敏傳感器，它由電容極板，不變形支架，可變形支架等部分組成。
其特點(diǎn)之一是可變形支架是直桿狀的、直管狀或片狀的，這便于低成本、大批量地生產(chǎn)具有高度一致性的產(chǎn)品。
其特點(diǎn)之二是為克服傳力過程中附加的不規(guī)則彎矩，本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上采取了以下三點(diǎn)措施。
1、由于這種不規(guī)則彎矩造成的可變形支架的不規(guī)則彎曲主要發(fā)生在端部力的作用點(diǎn)附近，故本發(fā)明中不變形支架處于可變形支架的中間部位以避開這一區(qū)域，從而減少這種不規(guī)則彎曲的影響。
2、把所發(fā)明的傳感器對(duì)稱裝配成一個(gè)整體，讓外力作用線通過這個(gè)傳感器整體的中心線，從而大大提高傳感器整體的抗彎強(qiáng)度以進(jìn)一步減少不規(guī)則彎矩的影響。
3、兩電容極板一大一小，一凸一凹，這樣兩電容極板之間因可變形支架不規(guī)則彎曲造成的基本上是沿著某徑向弧線的微小位移不會(huì)明顯改變傳感電容的電容量。


圖1是已有技術(shù)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2、3、4、5、6、7是本發(fā)明的6個(gè)實(shí)施例。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容。
圖2是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例。圖中1是桿狀可變形支架，2為不變形支架，4、5為電容極板，它用玻璃或陶瓷等絕緣材料制成。6為電容極板上的導(dǎo)電薄鋁層，7為粘結(jié)材料，如環(huán)氧樹脂，低熔點(diǎn)玻璃等。不變形支架2套在可變形支架1上并用點(diǎn)焊機(jī)焊接。電容極板4和5通過粘接材料7與不變形支架2粘結(jié)。外力施于可變形支架1兩端，可變形支架突出不變形支架2適當(dāng)長度是因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)附加的不規(guī)則彎矩造成的可變形支架1的彎曲主要集中在力作用點(diǎn)附近。不變形支架2避開這一區(qū)域也就是避開了支架1的大部份不規(guī)則附加彎曲形度。這種形變的后果是使兩電容極板之間發(fā)生附加位移，位移的軌跡是一段與徑向相切的弧線。為進(jìn)一步克服兩電容板極的這種附加位移以提高其重復(fù)精度，應(yīng)使兩電容極板一大一小一凸一凹，凸凹的曲率半徑等于上述弧線的半徑。由于傳感器所受的負(fù)荷有大有小，兩個(gè)支架的參數(shù)也隨情況而變，對(duì)特定用途的傳感器，應(yīng)通過試驗(yàn)取一個(gè)最佳電容極板的曲率半徑。
圖3所示是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。圖中1′是管狀可變形支架，2是軸向管狀不變形支架，3是徑向不變形支架，4和5是帶有導(dǎo)電鋁層6的電容極板，7是粘結(jié)材料如低熔點(diǎn)玻璃，8是承接外力的蓋板。當(dāng)外力通過蓋板8的凹孔施于可變形支架1′時(shí)，電容極板的間距發(fā)生變化。不變形支架2應(yīng)有適當(dāng)長度以保證傳感器的靈敏度，不變形支架3與蓋板8的適當(dāng)距離是為了保證器件的重復(fù)精度。在保證一定的剛度及靈敏度的情況下，可變形支架1′的直徑越大，其抗彎性能越好，重復(fù)精度也就越高。
圖4是本發(fā)明的第3個(gè)實(shí)施例。圖中圓片狀的可變形支架9本身包含了不變形的支架，電容極板4、5被粘結(jié)在不變形支架的尖端。圖中10為傳力孔，外力通過傳力孔施加到可變形支架9上。為增強(qiáng)其抗彎性能，可以參照?qǐng)D5所示的實(shí)施例把幾個(gè)這樣的傳感器并列使用，它們以傳感器中線為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
圖5是本發(fā)明的第4個(gè)實(shí)施例，它的四個(gè)桿狀的可變形支架1相互平行，分別位于傳力板11的四角，其上各焊接一個(gè)不變形支架2，電容極板4、5用粘接材料7粘接到這個(gè)不變形支架2上。
本實(shí)施例使可變形支架離開中軸線，意在提高其重復(fù)精度。顯然，這種傳感器也可由幾個(gè)如圖2所示的傳感器旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地焊接或粘結(jié)到傳力板11上制成。粘結(jié)材料可以是環(huán)氧樹脂，也可以是低熔點(diǎn)玻璃。一般情況下這幾個(gè)傳感器的可變形支架彼此平行。
圖6是本發(fā)明的第5個(gè)實(shí)施例，圖中傳力板11具有足夠的厚度，它同時(shí)又是不變形支架。
圖7是本發(fā)明的第6個(gè)實(shí)施例，它的兩個(gè)傳力板11上的導(dǎo)電薄鋁層即為傳感電容的兩個(gè)極板，用光刻法形成。
上述傳感器的可變形支架可以用金屬或非金屬彈性材料制造，如彈簧鋼、陶瓷、石英、單晶硅等，電容極板均采用絕緣材料如玻璃、陶瓷制造，導(dǎo)電薄鋁層厚度約為3000，采用真空蒸鍍法形成，它們應(yīng)達(dá)到極板的背面或側(cè)面以便超聲壓焊引線。在裝配過程中對(duì)可變形支架施一定的壓力等不變形支架、可變形支架(或不變形支架的可變形部分)、電容極板焊接或粘接固定后，把壓力撤去即形成精確的微小極間距。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，各零部件便于利用成熟技術(shù)大批量高精度生產(chǎn)，傳感電容的微小極間距便于保證，它將以其優(yōu)越的性能價(jià)格比獲得廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種電容式力敏傳感器，包括不變形支架，可變形支架，電容極板，所述的電容極板與不變形支架固定在一起，不變形支架又連結(jié)在可變形支架上，其特征在于，可變形支架是直桿狀或或直管狀或片狀的，兩電容極板一大一小，一凸一凹。
2.如權(quán)利要求1所述的力敏傳感器，其特征在于，兩個(gè)不變形支架都固定在可變形支架的中間部位，可變形支架突出不變形支架適當(dāng)長度。
3.如權(quán)利要求1所述的力敏傳感器，其特征在于，幾個(gè)這樣的傳感器以中線為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地安裝在兩個(gè)平行的傳力板之間。
4.如權(quán)利要求1所述的力敏傳感器，其特征在于，可變形支架與不變形支架沒有明顯的分界合成一個(gè)整體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有可變形支架的電容式力敏傳感器,屬物理測(cè)量儀器領(lǐng)域。該傳感器由電容極板、不變形支架、可變形支架等部分組成。電容極板固定在不變形支架上,不變形支架固定在可變形支架的中間部位,當(dāng)外力作用于可變形支架時(shí),兩電容極板的間距發(fā)生變化,由此實(shí)現(xiàn)傳感功能。
文檔編號(hào)G01L1/14GK1288152SQ00133450
公開日2001年3月21日 申請(qǐng)日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月8日
發(fā)明者胡耿 申請(qǐng)人:胡耿