低量程溅射薄膜型测力传感器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 203490009 U(45)授权公告日 2014.03.19

(21)申请号 2013205502.8(22)申请日 2013.09.09

(73)专利权人陕西电器研究所

地址710025 陕西省西安市灞桥区洪庆镇田

王街特字1号(72)发明人黎明诚 戚龙

(74)专利代理机构西安文盛专利代理有限公司

61100

代理人李中群(51)Int.Cl.

G01L 1/22(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()实用新型名称

低量程溅射薄膜型测力传感器(57)摘要

本实用新型公开了一种低量程溅射薄膜型测力传感器，包括弹性体、底座、盖板和连接螺杆，弹性体的中部为薄片，薄片上溅射有薄膜电阻应变敏感单元；底座中心为凹陷结构，底座和弹性体固为一体，且弹性体中部可在底座的凹陷处产生形变；连接螺杆的一端固定在弹性体上，另一端作为拉力或压力的一个施力端。本实用新型的应变计采用通过半导程工艺，采用溅射镀膜的方式，制成惠斯通电桥电路，产品尺寸小，精度高、寿命长，防潮防湿性大大增加，利于传感器在恶劣环境下使用，从而拓展了溅射技术在低量程力学量测量中的应用。

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权 利 要 求 书

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1.一种低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：包括弹性体(1)、底座(2)、盖板(3)和连接螺杆(4)，所述的弹性体(1)的中部为薄片，所述的薄片上溅射有薄膜电阻应变敏感单元(7)；所述的底座(2)中心为凹陷结构，底座(2)和弹性体(1)固为一体，且弹性体(1)中部可在底座(2)的凹陷处产生形变；所述连接螺杆(4)的一端固定在弹性体(1)上，另一端作为拉力或压力的一个施力端。

2.根据权利要求1所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的盖板(3)中心设置有通孔，所述的连接螺杆(4)穿过盖板(3)中心的通孔，其一端固定在弹性体(1)上，另一端作为拉力或压力的一个施力端；所述底座(2)的外端中心设置有延长杆(8)，并作为拉力或压力的另一个施力端。

3.根据权利要求1所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的底座(2)中心设置有通孔，所述的连接螺杆(4)穿过底座(2)中心的通孔装入弹性体(1)中，连接螺杆(4)的外端作为拉力或压力的一个施力端；所述盖板(3)上均布有螺纹孔，可用于固定施力部件，并作为拉力或压力的另一个施力端。

4.根据权利要求1或2或3所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的连接螺杆(4)与弹性体(1)的固定端设置有锁紧螺母(5)。

5.根据权利要求1或2或3所述的低量程溅射薄膜型测力传感 器，其特征在于：所述弹性体(1)的中部为三个对称结构的弹性梁(9)，所述的弹性梁(9)呈中心对称结构，一端设置在弹性体(1)中心，另一端设置在弹性体(1)的外周，在弹性梁的表面溅射有薄膜电阻应变敏感单元(7)。

6.根据权利要求5所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的薄膜电阻应变敏感单元(7)由内层的氧化硅介质膜和外层的镍铬合金膜组成。

7.根据权利要求5所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的弹性梁(9)的宽度为1mm～3mm，厚度为0.3mm～1.0mm。

8.根据权利要求5所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的弹性梁(9)的宽为1mm、2mm或3mm，厚度为0.3mm、0.6mm或1mm。

9.根据权利要求1或2或3所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的底座(1)和弹性体(1)通过激光焊接在一起。

10.根据权利要求或2或3所述的低量程溅射薄膜型测力传感器，其特征在于：所述的弹性体(1)、底座(2)、盖板(3)、连接螺杆(4)和锁紧螺母(5)的制作材料均为17-4PH不锈钢。

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说 明 书

低量程溅射薄膜型测力传感器

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技术领域

[0001]

本实用新型内容属于电子感测衡器技术领域,涉及一种测力传感器，尤其涉及一

种高可靠性、长寿命并耐恶劣环境的低量程溅射薄膜型测力传感器。

背景技术

[0002] 常见测力或者称重传感器多采用粘贴电阻应变计的方式，适用温度范围窄，体积大，但对于可靠性要求高、质量轻、体积小的特殊应用场合，传统的粘贴式传感器无法满足要求。

[0003] 作为改进的应用结构，溅射镀膜应力传感器技术也有公开的报道，如专利号为ZL200910022781.3的发明专利——集成温度的薄膜压力传感器，该专利将溅射成膜技术应用到压力传感器的设计生产中，可以制造小尺寸、集成化的压力传感器，但是受到传感器结构的，该技术仍难以在较宽的温度范围内、可靠地实现低量程的应力参数测量。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的就是解决现有传感器存在的难以在较宽的温度范围内实现低量程的应力参数测量的缺陷，提供一种体积小、质量轻、使用寿命长、可靠性好的低量程溅射薄膜型测力传感器。

[0005] 本实用新型技术方案如下：

[0006] 一种低量程溅射薄膜型测力传感器，包括弹性体、底座、盖板和连接螺杆，弹性体的中部为薄片，薄片上溅射有薄膜电阻应变敏感单元；底座中心为凹陷结构，底座和弹性体固为一体，且弹性体中部可在底座的凹陷处产生形变；连接螺杆的一端固定在弹性体上，另一端作为拉力或压力的一个施力端。

[0007] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，盖板中心设置有通孔，连接螺杆穿过盖板中心的通孔，其一端固定在弹性体上，另一端作为拉力或压力的一个施力端；底座的外端中心设置有延长杆，并作为拉力或压力的另一个施力端。[0008] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，底座中心设置有通孔，连接螺杆穿过底座中心的通孔装入弹性体中，连接螺杆的外端作为拉力或压力的一个施力端；盖板上均布有螺纹孔，可用于固定施力部件，并作为拉力或压力的另一个施力端。[0009] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，连接螺杆与弹性体的固定端设置有锁紧螺母。

[0010] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，弹性体的中部为三个对称结构的弹性梁，弹性梁呈中心对称结构，一端设置在弹性体中心，另一端设置在弹性体的外周，在弹性梁的表面溅射有薄膜电阻应变敏感单元。

上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，薄膜电阻应变敏感单元由内层的氧化硅介

质膜和外层的镍铬合金膜组成。

[0012] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，弹性梁的宽度为1mm～3mm，厚度为

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0.3mm～1.0mm。

[0013] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，弹性梁的宽为1mm、2mm或3mm，厚度为0.3mm、0.6mm或1mm。

[0014] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，底座和弹性体通过激光焊接在一起。[0015] 上述低量程溅射薄膜型测力传感器中，弹性体、底座、盖板、连接螺杆和锁紧螺母的制作材料均为17-4PH。[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下的优点和技术效果：[0017] 1、本实用新型通过半导程工艺，采用将薄膜电阻应变敏感单元溅射在薄片的弹性体上的工艺结构并采用中心凹陷的底座对传感器进行保护，产品的尺寸小、质量轻、精度高、寿命长，同时具有高可靠性，该测力传感器的使用温度范围为-60℃～120℃，适用真空环境低至10-5Pa，环境湿度对产品基本无影响，利于传感器在恶劣环境下使用，从而拓展了溅射技术在低量程力学量测量中的应用；[0018] 2、本实用新型的弹性体上设置了三个对称结构的弹性梁，薄膜电阻应变敏感单元溅射在弹性梁上，弹性梁厚度和宽度较小，增加了系统的灵敏度，使得其可用于低量程的应力处理，且不同的传感器测量量程可通过改变弹性梁的厚度和宽度制成，具有广泛的适用性；

[0019] 3、本实用新型的连接螺杆与弹性体的固定端设置有锁紧螺母，一方面保证了二者的可靠连接，同时锁紧螺母对弹性体的应变起起保护和过载限位作用，增加了传感器的可靠性；

[0020] 4、本实用新型的敏感单元采用溅射成膜工艺，通过抛光、溅镀介质膜、溅镀合金膜、光刻、等离子刻蚀、激光调阻等多步工序，与集成电路生产工序精密结合在一起，既提高了产品性能，同时增大了产能，降低了成本。附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。[0022] 图2为本实用新型弹性体的结构示意图。

[0023] 图3为本实用新型另一个具体实施例的结构示意图。[0024] 附图标记如下：1－弹性体，2－底座，3－盖板；4－连接螺杆，5－锁紧螺母，6－固定螺钉，7－薄膜电阻应变敏感单元，8－延长杆，9—弹性梁。

[0021]

具体实施方式

[0025] 以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。[0026] 实施例一：

[0027] 如图1所示的溅射薄膜型测力传感器，包括弹性体1、底座2、盖板3和连接螺杆4，其制作材料均为17-4PH不锈钢。弹性体1的中部为薄片结构，薄片上溅射有薄膜电阻应变敏感单元7；底座2中心为凹陷结构，底座2和弹性体1采用激光焊接或其他方式固为一体，且弹性体1中部可在底座2的凹陷处产生形变，连接螺杆4的一端固定在弹性体1上，另一端作为拉力或压力的一个施力端。盖板3中心设置有通孔，连接螺杆4穿过盖板中心的通

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孔；底座2的外端中心设置有延长杆8，并作为拉力或压力的另一个施力端。底座2上也可以采用螺纹接口同外部的施力部件连接，对传感器施加拉或压向的力。[0028] 作为一种优选方式，连接螺杆4与弹性体1的固定端设置有锁紧螺母5，锁紧螺母材料也为17-4PH。连接螺杆4在锁紧螺母5的一端不外露头，且锁紧螺母5距离底座2有一定的间隙，锁紧螺母5一方面保证了连接螺杆4与弹性体1的可靠连接，同时锁紧螺母5对弹性体的应变起起保护和过载限位作用，增加了传感器的可靠性。[0029] 作为一种优选方式，如图2所示，弹性体1的中部为三个对称结构的弹性梁9(三个对称梁120°均布在弹性体1圆周方向上)，应变区凸出外露在对称弹性梁上，通过组桥形成惠斯通电桥电路，从而将力信号转换为电信号。弹性梁9呈中心对称结构，一端设置在弹性体1中心，另一端设置在弹性体1的外周，薄膜电阻应变敏感单元7溅射在弹性梁的表面外露的应变区上。保证满足测量精度需要的同时，弹性体1上均布3个不大于M2的螺钉，起到固定传感器的作用。

[0030] 弹性梁9的宽度为1mm～3mm，厚度为0.3mm～1.0mm，分布在外径不大于Φ17的尺寸空间内，其中优选弹性梁9的宽为1mm、2mm或3mm，厚度为0.3mm、0.6mm或1mm。实施结果表明，当梁宽2mm，厚0.6mm，可制成量程为40N的测力传感器，稍大或小量程的传感器通过改变弹性梁的宽度和厚度实现。

[0031] 薄膜电阻应变敏感单元7由内层的氧化硅介质膜和外层的镍铬合金膜组成，其制造采用溅射成膜工艺，通过抛光、溅镀介质膜、溅镀合金膜、光刻、等离子刻蚀、激光调阻等多步工序，与集成电路生产工序精密结合在一起，既提高了产品性能，同时增大了产能，降低了产品成本。[0032] 实施例二[0033] 如图3所示，其与实施例1的区别在于结构上稍有变化，该传感器的机械接口由两边螺纹连接更改为单边螺纹连接，同时底座2中心设置有通孔，取代了图1中盖板3上的通孔，连接螺杆4穿过底座2中心的通孔，作为拉力或压力的一个施力端。此外盖板3上均布有螺纹孔，可用于固定施力部件，作为拉力或压力的另一个施力端，以满足不同应用环境需求。

[0034] 目前两种结构的传感器均可做到测量量程最小6N，最大160N，使用温度范围-60℃～120℃，适用真空环境低至10-5Pa，环境湿度对产品基本无影响。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

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