專利名稱：應(yīng)變片及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)變片，這種應(yīng)變片由半導(dǎo)體材料制成，它可以用機(jī)械方法粘貼到一個(gè)承受變形的敏感元件上。
本發(fā)明還涉及所述應(yīng)變片的應(yīng)用，特別是用于電應(yīng)變式敏感元件，測(cè)量?jī)x器和有關(guān)的標(biāo)定方法，壓力秤和傳感器。
一個(gè)公知的事實(shí)是，應(yīng)變片廣泛地用于測(cè)量動(dòng)態(tài)變形，以及在一個(gè)特定的支承體中，間接地測(cè)量引起所述變形的力，例如重力、壓力和其它力。
為此目的，它們電連接組成一個(gè)惠斯通電橋，以便限制在應(yīng)變片中的溫度變化帶來(lái)的影響。
在惠斯通電橋相對(duì)兩端施加一個(gè)基準(zhǔn)電壓來(lái)激勵(lì)該電橋；變形導(dǎo)致應(yīng)變片長(zhǎng)度變化，并引起相關(guān)的電阻值相應(yīng)的變化。在電橋的另一相對(duì)端檢測(cè)到信號(hào)，該信號(hào)是基本上對(duì)應(yīng)于已經(jīng)產(chǎn)生的變形的電壓。
該信號(hào)代表導(dǎo)致敏感元件變形的力。
但是，已知的應(yīng)變片存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題大大限制了其使用范圍。
特別是，相對(duì)于激勵(lì)電壓，它們產(chǎn)生的信號(hào)不超過(guò)2-3mV/V。而且，它們提供的電阻太低，結(jié)果導(dǎo)致能量顯著的損耗，并且它們不得不裝配成復(fù)雜的線路布設(shè)，可以預(yù)知這需要許多用來(lái)標(biāo)定和控制溫度影響的電阻。
為了至少部分避免上述問(wèn)題，已經(jīng)提供了基于半導(dǎo)體材料例如硅的應(yīng)變片，它通常有可能獲得一個(gè)較大的輸出信號(hào)。
這種應(yīng)變片雖然比較靈敏，但它顯著地受到溫度的影響，這樣這種應(yīng)變片只能在嚴(yán)格控制的條件下例如在物理實(shí)驗(yàn)室和類似環(huán)境中使用。
而且，基于已知的半導(dǎo)體材料的應(yīng)變片只能用于測(cè)量在非常受限制的范圍內(nèi)的變形。
與在室外或沒(méi)有進(jìn)行熱調(diào)節(jié)的環(huán)境中不便于任何其它形式的使用一樣，這種應(yīng)變片妨礙了最重要的商業(yè)用途，例如測(cè)定在貨物和產(chǎn)品零售中的重量。
基于本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)變片，該應(yīng)變片能夠克服所述已有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)。
通過(guò)上述應(yīng)變片解決了上述問(wèn)題，該應(yīng)變片的特征在于所述半導(dǎo)體材料是硫化釤(Samarium monosulphide)。
本發(fā)明的應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)在于這樣的事實(shí)，即它在精度和靈敏度方面具有良好的性能，同時(shí)不受溫度的影響，并可用于一個(gè)較寬范圍的變形，它非常適合商業(yè)上使用。
下面參考許多優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅僅是非限制性的實(shí)例。參考附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的采用應(yīng)變片的敏感元件的一立體圖；圖2與圖1共同表示敏感元件的后側(cè)視圖；圖3表示圖1的應(yīng)變片的電路圖；圖4表示沿著線X-X截取的圖1的敏感元件的橫截面詳圖；圖5表示采用圖1的支承體的一個(gè)秤的平面圖；圖6表示采用本發(fā)明的應(yīng)變片的一個(gè)壓力傳感器的平面圖；圖7表示敏感元件的布置的示意圖。
特別參見(jiàn)圖1，一個(gè)電應(yīng)變式敏感元件的整體用E表示。這種電應(yīng)變式敏感元件通常用于測(cè)量?jī)x器例如秤或類似物中。
它包括一基本是彎曲桿形狀的一個(gè)可彈性變形的支承體1，該可彈性變形支承體具有矩形截面，并且具有一個(gè)自由端2和一個(gè)固定端3，該自由端2受力時(shí)由被測(cè)量的力例如重力作用。
在這方面，如下文詳細(xì)所述，支承體可以與應(yīng)變片類型的伸縮傳感器結(jié)合。
支承體1具有一對(duì)第一和第二通孔，最接近自由端2的通孔用4表示，最接近固定端3的通孔用5表示，它們均具有圓形截面。
孔4，5具有平行對(duì)稱的軸，這兩個(gè)軸都垂直于支承體1，并且與各端2，3保持規(guī)定距離并沿支承體1基本上在一條橫向直線上。
孔直徑與支承體1的厚度相差不大，并設(shè)有與每個(gè)孔4，5對(duì)應(yīng)的窄頂部6和窄底部7。四個(gè)窄部都具有相同的最小厚度。
支承體1還具有與孔4，5連接的貫通槽8。該槽沿其縱向?qū)ΨQ軸與支承體1平行伸展。
由彈性材料例如鋼制成的一個(gè)桿件可以制得呈單件的上述支承體1。
由于敏感元件E的幾何尺寸的影響，還由于支承體1適合在固定端3上架鎖，因此，如果一個(gè)力在對(duì)應(yīng)于支承體1的自由端2垂直作用于元件E上，該支承體將基本上彎曲成s形。第一孔4的窄頂部6和第二孔5的窄底部7受到同樣的拉伸，而第一孔4的窄底部7和第二孔5的窄頂部6受到相等的壓縮。
通常由金屬制成的支承體1由絕緣層9覆蓋，在本實(shí)施例中該絕緣層是SiO。
所述絕緣層9可以例如通過(guò)公知的化學(xué)氣相淀積方法淀積就位。使用該方法，有可能獲得最佳厚度的絕緣層9，至少在支承體1可能產(chǎn)生的變形如壓縮或拉伸的范圍內(nèi)，該絕緣層9還必須保持機(jī)械粘接在支承體1上，并且必須隨支承件變形。
所述厚度介于0.5μm和10.0μm之間，并且最好等于約5.0μm。
在與窄部分6，7對(duì)應(yīng)并與最大變形點(diǎn)對(duì)稱的位置，支承體1設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)變片，在第一孔4的窄頂部6的應(yīng)變片由10a表示，在第二孔5的窄頂部6的應(yīng)變片由10b表示，在第二孔5的窄底部的應(yīng)變片由10c表示，在第一孔4的窄底部的應(yīng)變片由10d表示。
應(yīng)變片10a-10d由一種半導(dǎo)體材料制成。它們都是在絕緣層變形期間保持粘接在絕緣層9上的材料。這種粘接導(dǎo)致應(yīng)變片10a-10d的相應(yīng)的縱向變形，不管它受到拉伸或壓縮，將依次導(dǎo)致應(yīng)變片10a-10d的電阻值變化。
在根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)變片10a-10d中，所述半導(dǎo)體材料包括硫化釤(Samarium monosulphide)，后文用SmS簡(jiǎn)單地表示。
每個(gè)應(yīng)變片10a-10d具有沿著支承體1的方向延伸的基本矩形形狀。它們?cè)谧畋↑c(diǎn)對(duì)稱布置，這里產(chǎn)生最大變形。
換句話說(shuō)，每個(gè)應(yīng)變片10a-10d的電軸與變形的機(jī)械軸一致，對(duì)于電軸來(lái)說(shuō)，從中點(diǎn)到其中一個(gè)端點(diǎn)所測(cè)量的電阻與從該中點(diǎn)到另一個(gè)端點(diǎn)所測(cè)量的電阻相同，對(duì)于機(jī)械軸來(lái)說(shuō)，每個(gè)窄部分6，7的變形沿該機(jī)械軸對(duì)稱。
每個(gè)應(yīng)變片的厚度是測(cè)微的，特別是，它可以在0.5μm和1.0μm之間，并且最好是約0.7μm。
SmS可以淀積成一種多晶結(jié)構(gòu)或者成一種基本單晶結(jié)構(gòu)，并直接淀積在絕緣層9(圖4)上。
具有SmS基的應(yīng)變片能夠縱向變形，這樣其電阻產(chǎn)生變化，并且產(chǎn)生與所謂的靈敏度系數(shù)K成比例的輸出信號(hào)，靈敏度系數(shù)以下列關(guān)系式表示K＝δR/ε*R其中δR＝應(yīng)變片電阻的變化量ε＝應(yīng)變片電阻R＝應(yīng)變?cè)诙嗑mS中，應(yīng)變片K的值可超過(guò)50。該值甚至可接近100。
在基本單晶SmS中，應(yīng)變片K的值約為250，比基于不同半導(dǎo)體材料的類似應(yīng)變片高很多；這使它有可能得到0.005％的測(cè)量精度。
在SmS的情況下，ε可具有非常寬的范圍，即它可達(dá)到3.10-3，在這種情況下，該K的值保持基本不變，這樣每個(gè)應(yīng)變片10a-10d的響應(yīng)曲線基本成線性。
而且，在一個(gè)非常寬的溫度范圍內(nèi)，例如在-50°和+50°之間，K不會(huì)發(fā)生明顯的變化，這樣應(yīng)變片可以在不受限制的環(huán)境中使用。
參考圖3，根據(jù)一個(gè)用11表示其整體的第一惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，四個(gè)應(yīng)變片10a，10b，10c和10d彼此電連接。
為此目的，每個(gè)應(yīng)變片10a-10d通過(guò)一個(gè)導(dǎo)電片12與相鄰的應(yīng)變片連接。
最好基于鎳或鈷的導(dǎo)電材料層通過(guò)化學(xué)氣相淀積可形成導(dǎo)電片12，以提供基本零接觸電阻，并且可以容易與例如由銅制成的導(dǎo)線連接。
可以理解，例如隨著支承體1的變形(圖4)，在導(dǎo)電片12和絕緣層9之間的連接仍具有顯著的機(jī)械可靠性。
如圖1至3所示，在兩個(gè)相對(duì)端，即由13表示的公知的激勵(lì)端，特別是在10b和10c之間和在10a和10d之間的端部，第一電橋11受到一個(gè)激勵(lì)電壓Vexc。如上所述，當(dāng)元件E受到導(dǎo)致它彎曲成一個(gè)S形的張力時(shí)，應(yīng)變片10a和10c變長(zhǎng)，而應(yīng)變片10b和10d壓縮。
在靜態(tài)條件下，此時(shí)零變形，電橋11完全得到平衡，在另一相對(duì)端，即由14表示的公知的檢測(cè)端，特別是在10a和10b之間和在10c和10d之間的端部，沒(méi)有電壓。
當(dāng)變形產(chǎn)生時(shí)，電橋失去電平衡。在檢測(cè)端14產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，即電壓Vout，該電壓與變形對(duì)應(yīng)，并且與支承體1所承受的導(dǎo)致變形的力對(duì)應(yīng)。
輸出信號(hào)Vout非常高，它與激勵(lì)電壓Vexc之比約為50mV/V。
應(yīng)變片10a-10d的總電阻可以在200Ω和500000Ω之間的范圍內(nèi)有效的變化，這使得損耗的能量有可能減少，并且即使不放大也可接收到很高輸出的信號(hào)。能量損耗的減少導(dǎo)致有可能使用普通的一次性和/或可充電的電池來(lái)激勵(lì)惠斯通電橋。
而且，敏感元件E即使在受到強(qiáng)烈的核輻射例如一個(gè)強(qiáng)度等于1010倫琴的γ射線時(shí)，也能始終保證穩(wěn)定的操作質(zhì)量。
除了上述物理特性之外，可以有利地標(biāo)定上述敏感元件E，下文將對(duì)此更為詳細(xì)地描述。
或多晶或單晶的SmS基的半導(dǎo)體材料薄層可進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生基本類似金屬特性的相，也就是說(shuō)，經(jīng)轉(zhuǎn)換的材料的電阻是一種金屬的(非常低)而不是一種半導(dǎo)體的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果通過(guò)人工摩擦使局部受到即使低于30kbar，也就是說(shuō)約為20kbar的壓力，SmS也能高效的轉(zhuǎn)換。使用小于10kbar的壓力可以有利地達(dá)到這種效果。
該物理特性的原因在于以下事實(shí)，即由于所述局部壓力值，電子密度在增加，因此，產(chǎn)生了導(dǎo)電率達(dá)到1.8·1022cm-3的現(xiàn)象，1.8·1022cm-3是金屬的典型值。
由于這些原因，采用下述步驟。
當(dāng)敏感元件E的固定端3設(shè)置在一個(gè)特定的支柱上之后，在自由端2施加一個(gè)已知的標(biāo)定力，例如重力或已知彎曲力。
由于該力的作用，支承體1變形。從而產(chǎn)生一個(gè)給定的電信號(hào)，該電信號(hào)可以方便地測(cè)量并與一個(gè)電基準(zhǔn)信號(hào)比較。
在考慮兩個(gè)信號(hào)之間的差異，如上所述，在應(yīng)變片10a-10d中的其中一個(gè)或不止一個(gè)所述應(yīng)變片上，產(chǎn)生相的變化，也就是說(shuō)從一個(gè)基本多晶或單晶的相變化到類似金屬的相。
通過(guò)在一個(gè)定域區(qū)域F施加預(yù)定的壓力T實(shí)現(xiàn)這種改變。
預(yù)定壓力T由摩擦產(chǎn)生，其值小于30kbar，最好約為20kbar。
由于壓縮，選擇的定域區(qū)域的厚度變?yōu)樵己穸鹊募s10％。
參考在應(yīng)變片10a-10d的邊緣的標(biāo)有刻度的線15，可以仔細(xì)地選擇確定部分F的位置和尺寸。
除了相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)節(jié)標(biāo)定信號(hào)之外，單獨(dú)的一個(gè)應(yīng)變片10a-10d的電軸總是與變形的相應(yīng)力軸相一致，以這種方式也可有利地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。
在SmS情況下，這種轉(zhuǎn)變特別簡(jiǎn)單。事實(shí)上，晶體相和金屬相具有完全不同的顏色，前者是金色，后者是暗褐色。
當(dāng)使用超過(guò)一個(gè)應(yīng)變片操作時(shí)，還有可能使任何由于校正單個(gè)應(yīng)變片引起的不平衡恢復(fù)平衡。
而且，相的轉(zhuǎn)變使得在應(yīng)變片10a-10d和導(dǎo)電片12之間的連接點(diǎn)保持一個(gè)事實(shí)上的零電阻。
有利地是，在特定溫度下進(jìn)行標(biāo)定。為此目的，上述操作可以在受控的溫度條件下并在一個(gè)經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)的環(huán)境中完成。
參考圖5，現(xiàn)在描述采用上述敏感元件E的一個(gè)秤20，與上述相同或功能相同的部件采用相同的標(biāo)號(hào)。
秤20包括一個(gè)固定框架21，它能夠布置在一個(gè)支承表面A上，并具有擱架式的接合裝置22，該接合裝置與敏感元件E的固定端3連接。
在相對(duì)的自由端2，一個(gè)裝載平臺(tái)23剛性固定，所述類型的平臺(tái)適合承受待測(cè)的重力P。
在本實(shí)施例中，除了測(cè)定精確重量外，附帶還確定具有重力P的產(chǎn)品的售價(jià)。
秤20在元件E上具有上述應(yīng)變片10a-10d。它們已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的方法標(biāo)定。
應(yīng)變片10a-10d通過(guò)惠斯通電橋11電連接。在激勵(lì)端13，施加一個(gè)激勵(lì)電壓Vexc。
一旦重力P已經(jīng)作用在板23上，元件E產(chǎn)生彈性變形。應(yīng)變片10a和10c被拉長(zhǎng)，而應(yīng)變片10b和10d被壓縮。
這樣第一電橋11失去平衡，并且產(chǎn)生一個(gè)基本與重力P對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Vout。
信號(hào)Vout由一個(gè)放大器24接收，該放大器24將信號(hào)傳送到一個(gè)比較器25，該比較器25也承受激勵(lì)電壓Vexc。產(chǎn)生的信號(hào)傳送到一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器26，該模-數(shù)轉(zhuǎn)換器26依次連接到一個(gè)微處理器27上。
微處理器27從一個(gè)鍵盤(pán)28接收數(shù)據(jù)，例如商品的每千個(gè)單位的價(jià)格或商品種類，并且產(chǎn)生輸出值，例如銷售價(jià)格，檢測(cè)到的重量或類似數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以從一個(gè)顯示器29讀取到，或者打印在收據(jù)上。
同樣的發(fā)明概念也可用在不同類型的測(cè)量?jī)x器中，例如一個(gè)壓力傳感器，這由圖6的30表示，它能夠測(cè)量在一個(gè)流體例如水或空氣中的靜態(tài)壓力P’。
在所述傳感器30中，敏感元件E預(yù)見(jiàn)一個(gè)可彈性變形的膜片支承體1，該支承體1是一個(gè)不銹鋼立柱31的端表面的形狀。該立柱31在圖中部分顯示，在立柱31中有一個(gè)已知的壓力；實(shí)際上測(cè)量出的壓力是一個(gè)與之不同的或相關(guān)的壓力。
圖6中未表示的一個(gè)玻璃或云母絕緣層設(shè)置在膜片1的兩個(gè)表面上，應(yīng)變片10a-10d可以粘接于其上。
絕緣層的厚度有利的是在大約10μm和30μm之間。
通過(guò)一種化學(xué)氣相淀積方法，SmS應(yīng)變片10a-10d粘接到所述云母或玻璃層上。玻璃或云母層與應(yīng)變片10a-10d一起粘合在金屬膜片1上。SmS應(yīng)變片10a-10d也可以淀積在SiO的絕緣層上，與已在上文描述的秤20的敏感元件E有關(guān)的方式類似，該絕緣層可以淀積在金屬膜片1上。
應(yīng)變片10a和10d粘貼在絕緣層上，并且，在將該絕緣層粘貼到膜片1上之后，它們布置成靠近立柱31的邊緣32布置，也就是說(shuō)，在最大變形點(diǎn)；由于壓力P’的作用，應(yīng)變片10a被拉長(zhǎng)，而應(yīng)變片10d被壓縮。
另一方面，應(yīng)變片10b和10c定位在與立柱的軸C對(duì)應(yīng)的位置，并靠近膜片1的最大曲率。
通過(guò)一個(gè)如上所述的惠斯通電橋應(yīng)變片10a-10d連接；產(chǎn)生與壓力P’對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，并且按與秤20所用的相同方式處理。
上述標(biāo)定方法也可有利的用于傳感器30。
在上述秤或壓力傳感器中，為了完全補(bǔ)償?shù)谝浑姌?1的電阻熱變化，電橋11本身與如圖7所示的預(yù)加重和測(cè)量裝置40連接。
這個(gè)裝置40包括一個(gè)第二惠斯通電橋結(jié)構(gòu)41，其中所述第一電橋11是它的四個(gè)橋臂的其中一個(gè)。
對(duì)載荷和壓力敏感的測(cè)量裝置40的第一通道42與第一電橋11的自由對(duì)角線連接。所述通道42包括一個(gè)第一測(cè)量放大器43。
第二和外電橋41的其他橋臂是電阻44，該電阻44是精確的，相對(duì)于溫度變化來(lái)說(shuō)，它具有高穩(wěn)定性。電阻44的電阻值與第一電橋11中的相同。
測(cè)量裝置40的溫度傳感通道45與外電橋41的一條對(duì)角線的自由端連接。所述通道45包括一個(gè)第二測(cè)量放大器46。
放大器43，46都與一個(gè)多路調(diào)制器47連接，該多路調(diào)制器47與一電路48連接，該電路48包括一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器49、與存儲(chǔ)器51連接的一個(gè)微處理器50、一個(gè)接口52和一個(gè)計(jì)算機(jī)單元53。
多路調(diào)制器47和微處理器50與一個(gè)供電控制單元54連接。
一個(gè)激勵(lì)器55即一個(gè)電源設(shè)備與外電橋41的另一條對(duì)角線的自由端連接，由此提供一個(gè)激勵(lì)信號(hào)56。激勵(lì)器與供電控制單元54連接。
在標(biāo)定過(guò)程中，敏感元件E在無(wú)負(fù)載條件下加熱到規(guī)定溫度值。
然后，記錄第一電橋的熱變化。在隨后的測(cè)量中，這個(gè)特征可以用來(lái)校正。
除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，所述應(yīng)變片有可能構(gòu)造這樣一種敏感元件，該敏感元件對(duì)于其工作溫度、彈性支承體的幾何尺寸和彎曲參數(shù)特別容易標(biāo)定，并且每個(gè)應(yīng)變片的電軸和與其相關(guān)的變形的相應(yīng)力軸之間可以保持一致。
顯然，通過(guò)每個(gè)單獨(dú)的應(yīng)變片的顏色變化的指示，因而可以快速檢測(cè)每個(gè)單獨(dú)的應(yīng)變片的特征變化，指出這個(gè)事實(shí)使標(biāo)定也變得很容易。
為了滿足附加需要和要求，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不超出如附加的權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下，上述應(yīng)變片及其應(yīng)用可進(jìn)一步修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變片(10a)，由半導(dǎo)體材料制成，這種應(yīng)變片可通過(guò)機(jī)械的方法粘貼在承受變形的支承體(1)上，其特征在于所述半導(dǎo)體材料是硫化釤。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變片(10a)，其特征在于該應(yīng)變片的厚度在0.5μm至1.0μm之間。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)變片(10a)，其特征在于所述厚度約為0.7μm。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的應(yīng)變片，其特征在于硫化釤是單晶體。
5.一種電應(yīng)變式敏感元件(E)，它特別用于測(cè)量?jī)x器(20，30)，這種測(cè)量?jī)x器包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)，該應(yīng)變片由半導(dǎo)體材料制成，且應(yīng)變片與一種可彈性變形的支承體(1)連接，該支承體能夠承受待測(cè)量的力(P，P’)的作用，并且應(yīng)變片相互電連接以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所述力的電信號(hào)，其特征在于所述半導(dǎo)體材料是硫化釤。
6.如權(quán)利要求5所述的敏感元件(E)，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)的厚度在0.5μm至1.0μm之間。
7.如權(quán)利要求6所述的敏感元件(E)，其特征在于所述厚度約為0.7μm。
8.如上述權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的敏感元件(E)，其特征在于硫化釤是單晶體的。
9.如上述權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的敏感元件(E)，其特征在于在支承體(1)和所述應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)之間具有一絕緣層(9)。
10.如上述權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的敏感元件(E)，其特征在于它具有電安裝的四個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)組成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(11)。
11.如上述權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的敏感元件(E)，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)布置成與支承體(1)的最大變形點(diǎn)和/或曲線(6，7，32，A)對(duì)應(yīng)。
12.如權(quán)利要求9所述的敏感元件(E)，其特征在于所述絕緣層由SiO制成。
13.如權(quán)利要求12所述的敏感元件(E)，其特征在于SiO通過(guò)化學(xué)氣相淀積方法來(lái)淀積。
14.如權(quán)利要求10所述的敏感元件(E)，其特征在于通過(guò)導(dǎo)電片(12)來(lái)進(jìn)行電裝配，該導(dǎo)電片由鎳和/或鈷淀積物形成。
15.如權(quán)利要求11所述的敏感元件(E)，其特征在于所述應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)以其電軸與支承體(1)的變形的機(jī)械軸一致的方式布置。
16.如權(quán)利要求15所述的敏感元件(E)，其特征在于所述支承體(1)呈矩形橫截面的細(xì)長(zhǎng)桿形式，它具有一對(duì)圓形橫截面的通孔(4，5)，該對(duì)通孔直徑相同，并且軸相互平行，并以限定了相同厚度的窄頂部(6)和窄底部(7)的方式布置，所述支承體(1)還包括一個(gè)貫通槽(8)，該貫通槽沿支承體縱軸與該支承體(1)平行地伸展，并使兩個(gè)通孔(4，5)相互連通，所述薄部分(6，7)確定了所述變形的機(jī)械軸。
17.如上述權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的敏感元件(E)，其特征在于可彈性變形的支承體是形成一立柱(31)的閉合的膜片(1)。
18.如權(quán)利要求17所述的敏感元件(E)，其特征在于膜片(1)上涂有絕緣層，該絕緣層由玻璃或云母制成。
19.如權(quán)利要求18所述的敏感元件(E)，其特征在于絕緣層的厚度在10μm至30μm之間。
20.如權(quán)利要求10所述的敏感元件(E)，其特征在于所述第一惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(11)是第二惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(41)的一個(gè)橋臂，這里的其它橋臂是電阻值與第一惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(11)中的電阻值相同的電阻(44)，其中激勵(lì)器(55)與第二惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(41)的一條對(duì)角線的自由端連接，一個(gè)載荷或壓力感應(yīng)通道(42)與第一惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(11)的自由對(duì)角線連接，一個(gè)溫度感應(yīng)通道(45)與第二惠斯通電橋結(jié)構(gòu)(41)的另一條對(duì)角線的自由端連接。
21.一種標(biāo)定如權(quán)利要求5至20中任何一項(xiàng)所述的敏感元件(E)的方法，其特征在于該方法包括下述操作—對(duì)所述測(cè)量?jī)x器施加標(biāo)定力；—觀察產(chǎn)生的電信號(hào)；—通過(guò)在所述一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)的確定部分(F)上施加預(yù)定壓力(T)，在所述一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)內(nèi)，引起從一個(gè)基本上晶體的相轉(zhuǎn)變到具有金屬狀特性的相的相變，所述確定部分(F)的大小和位置由所述產(chǎn)生的電信號(hào)和一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)間的差確定。
22.如權(quán)利要求21所述的標(biāo)定方法，其特征在于所述預(yù)定壓力的值不超過(guò)30kbar。
23.如權(quán)利要求22所述的標(biāo)定方法，其特征在于所述預(yù)定壓力由摩擦產(chǎn)生。
24.如權(quán)利要求21至23中任何一個(gè)所述的標(biāo)定方法，其特征在于在施加所述預(yù)定壓力時(shí)，應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)的厚度在所述確定部分(F)減少到其原始厚度的10％。
25.如權(quán)利要求21至23中任何一個(gè)所述的標(biāo)定方法，其特征在于在施加所述預(yù)定壓力時(shí)，應(yīng)變片(10a，10b，10c，10d)的顏色在所述確定部分(F)從金色變化到暗褐色。
26.如權(quán)利要求21至25中任何一個(gè)所述的標(biāo)定方法，其特征在于所述操作在受控的溫度條件下進(jìn)行。
27.一種秤(20)，這種秤包括一個(gè)壓力盒(23)，該壓力盒能夠接受被稱重的材料和/或物體并與一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求5至16中任何一個(gè)所述的敏感元件(E)機(jī)械地連接。
28.一種壓力傳感器(30)，這種壓力傳感器包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求17至20中任何一個(gè)所述的敏感元件(E)。
全文摘要
一種應(yīng)變片(10a),這種應(yīng)變片可用機(jī)械方法粘貼在承受變形的支承體(1)上,該應(yīng)變片由硫化釤制成,并且在精度和靈敏度方面具有最佳性能,同時(shí)不受溫度影響,并且非常適合商業(yè)上應(yīng)用的較寬范圍的變形。
文檔編號(hào)G01L1/22GK1278329SQ98810859
公開(kāi)日2000年12月27日 申請(qǐng)日期1998年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
發(fā)明者尼克雷·M·沃羅金, 帕維爾·米奧杜舍維斯基, 維拉迪米爾·V·卡明斯基 申請(qǐng)人:波維科股份公司