力传感器的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于检测力的力传感器。


背景技术：

2.在现有技术中，力传感器通常包括基于半导体压阻效应或金属应变效应的应变片和力敏感膜片。应变片贴装在力敏感膜片上，通过感应力敏感膜片的应变来检测施加在力敏感膜片上的外载荷。但是，当在力传感器的使用过程中力敏感膜片存在热传导的情况时，由于力敏感膜片通常为薄壁结构，温差会很容易导致薄壁发生热传导，即在薄壁处会产生温度快速变化的情况。
3.对于基于半导体压阻效应或金属应变效应的应变片，温度效应将会导致应变片的阻值发生变化，产生虚假应变。对于已经组成惠斯通电桥的检测电路，如果四个应变片的电阻均同时增加或者同时减小，由于惠斯通电桥的自补偿效果，将可以消除掉温度导致的检测误差。但是当四个应变片在同一时刻温度不同时，电阻就会出现不平衡的状态，这会降低力传感器的检测精度。
4.例如，在一种应用中，当发热部件与力敏感膜片的中间部分接触时，发热部件产生的热量会先传递到力敏感膜片的中间部分，然后才发散到力敏感膜片的四周。这导致靠近力敏感膜片的中心的应变片的电阻会比靠近力敏感膜片的边缘的电阻变化更快，这会导致多个应变片的电阻出现不平衡的状态，严重降低了力传感器的检测精度。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
6.根据本实用新型的一个方面，提供一种力传感器，包括：力敏弹性体；导热部件，适于将外载荷传递到所述力敏弹性体上；多个应变片，贴装在所述力敏弹性体上；和电路板，用于将所述多个应变片电连接成适于检测所述力敏弹性体的应变的检测电路。所述力敏弹性体的周边部分与所述导热部件接触，所述力敏弹性体除所述周边部分之外的其他部分与所述导热部件间隔开，所述多个应变片贴装在所述力敏弹性体的所述其他部分上且与所述导热部件不接触。
7.根据本实用新型的一个实例性的实施例，所述力敏弹性体包括：本体部；和凸缘部，形成在所述本体部的周边上并朝所述导热部件凸出，所述力敏弹性体的凸缘部与所述导热部件接触，所述力敏弹性体的本体部与所述导热部件间隔开。
8.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述力敏弹性体除所述凸缘部之外的其他部分与所述导热部件间隔开，使得传导到所述导热部件上的热量不能直接传导到所述力敏弹性体的其他部分。
9.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述多个应变片都被贴装在所述力敏弹性体的本体部的面对所述导热部件的表面上且与所述导热部件不接触；或者所述多个应变片都被贴装在所述力敏弹性体的本体部的背对所述导热部件的表面上。
10.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述力敏弹性体的本体部呈圆板状，所述力敏弹性体的凸缘部呈圆环状并与所述本体部的所述表面垂直。
11.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板被附接到所述力敏弹性体的本体部的面对所述导热部件的表面上且与所述导热部件不接触；或者所述电路板被附接到所述力敏弹性体的本体部的背对所述导热部件的表面上。
12.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板和所述多个应变片都被贴装到所述力敏弹性体的本体部的面对所述导热部件的表面上；并且在所述电路板上形成有用于分别避让所述多个应变片的多个槽孔，以防止所述应变片与所述电路板接触。
13.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板和所述多个应变片都被贴装到所述力敏弹性体的本体部的背对所述导热部件的表面上；并且在所述电路板上形成有用于分别避让所述多个应变片的多个槽孔，以防止所述应变片与所述电路板接触。
14.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板包括：板体，附接到所述力敏弹性体的本体部上；和导电迹线，形成在所述板体上，用于电连接所述多个应变片。
15.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板的板体包括：第一板体部，容纳在由所述力敏弹性体的本体部和凸缘部围成的容纳腔中并被附接到所述力敏弹性体的本体部上；和第二板体部，延伸到所述力敏弹性体的外部，用于与外部设备电连接。
16.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，在所述力敏弹性体的凸缘部上形成有缺口，所述第二板体部经由所述缺口延伸到所述力敏弹性体的外部。
17.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板还包括形成在所述第二板体部的外端部上的、用于与所述外部设备电连接的多个外接端子。
18.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述检测电路为惠斯通电桥，所述多个外接端子包括所述惠斯通电桥的电源端子、接地端子、正输出端子和负输出端子。
19.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述电路板为印刷电路板，所述导电迹线和所述多个外接端子通过印刷方式形成在所述板体上。
20.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述力敏弹性体的本体部和所述电路板的第一板体部呈圆板状，且所述电路板的第二板体部呈带状。
21.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述导热部件呈盖状，包括：端壁，面对所述力敏弹性体的本体部；和周壁，朝远离所述力敏弹性体的方向延伸，所述力敏弹性体的凸缘部与所述导热部件的端壁的周边部分接触。
22.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，在所述导热部件的端壁的面对所述力敏弹性体的外侧面的周边上形成有接触凸缘；所述接触凸缘朝向所述力敏弹性体凸出并与所述力敏弹性体的凸缘部的端面接触。
23.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述导热部件除所述接触凸缘之外的其他部分与所述力敏弹性体不接触。
24.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述力传感器还包括：发热部件，容纳在由所述导热部件的端壁和周壁围成的内腔中并与所述导热部件的端壁的内侧面的中间部分接触，所述导热部件的端壁的中间部分与所述力敏弹性体间隔开，使得热量不能从所述导热部件的中间部分直接传导到所述力敏弹性体上。
25.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，在所述导热部件的端壁的内侧面的中
间部分上形成有用于与所述发热部件接触的凸起部。
26.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，所述力传感器还包括传力杆，所述发热部件为安装在所述传力杆上的、适于转动发热的轴承；所述外载荷经由所述传力杆和所述发热部件传递到所述导热部件上并经由所述导热部件传递到所述力敏弹性体上。
27.根据本实用新型的另一个实例性的实施例，在所述导热部件的端壁、所述电路板和所述力敏弹性体的本体部上分别形成有允许所述传力杆穿过的中心通孔；所述中心通孔的直径大于所述传力杆的直径，使得所述传力杆与所述导热部件、所述电路板和所述力敏弹性体不接触，以防止它们之间发生摩擦生热。
28.在根据本实用新型的前述各个实例性的实施例中，应变片被贴装在力敏弹性体的与导热部件间隔开的部分上，从而延长了热量从导热部件传导到应变片的传导路径，使得热量具有更长的耗散时间和更大的耗散空间，保证传导到多个应变片上的热量更加均匀，从而消除了由于多个应变片的温度不平衡所造成的检测误差，提高了力传感器的检测精度。
29.通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。
附图说明
30.图1显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的立体示意图；
31.图2显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的分解示意图；
32.图3显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的剖视图；
33.图4显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的剖视图，其中显示了发热部件和传力杆；
34.图5显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的检测电路的示意图。
具体实施方式
35.下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。
36.另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
37.根据本实用新型的一个总体技术构思，提供一种力传感器，包括：力敏弹性体；导热部件，适于将外载荷传递到所述力敏弹性体上；多个应变片，贴装在所述力敏弹性体上；和电路板，用于将所述多个应变片电连接成适于检测所述力敏弹性体的应变的检测电路。所述力敏弹性体的周边部分与所述导热部件接触，所述力敏弹性体除所述周边部分之外的其他部分与所述导热部件间隔开，所述多个应变片贴装在所述力敏弹性体的所述其他部分上且与所述导热部件不接触。
38.图1显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的立体示意图；图2显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的分解示意图；图3显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的剖视图；图5显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的检测电路的示意图。
39.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，该力传感器包括：导热部件10、力敏弹性体20、多个应变片30和电路板40。导热部件 10适于将外载荷传递到力敏弹性体20上。多个应变片30贴装在力敏弹性体20上。电路板40用于将多个应变片30电连接成适于检测力敏弹性体20的应变的检测电路(例如，如图5所示的检测电路)。
40.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20的周边部分与导热部件10接触，力敏弹性体20除周边部分之外的其他部分与导热部件10间隔开，多个应变片30贴装在力敏弹性体20的其他部分上且与导热部件10不接触。
41.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，由于力敏弹性体20 除周边部分之外的其他部分与导热部件10间隔开，因此，可以利用中的空气作为绝热材料，将力敏弹性体20除周边部分之外的其他部分与导热部件10热隔离开。这样，传导到导热部件10上的热量就不能直接传导到力敏弹性体20的其他部分，只能先传导到力敏弹性体 20的周边部分，然后再从力敏弹性体20的周边部分传导到力敏弹性体20的其他部分。因此，本实用新型能够延长热量从导热部件10传导到应变片30的热传导路径，使得热量具有更长的耗散时间和更大的耗散空间，保证传导到多个应变片30上的热量更加均匀，从而消除了由于多个应变片30的温度不平衡所造成的检测误差，提高了力传感器的检测精度。
42.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20包括：本体部21和凸缘部21b。凸缘部21b形成在本体部21的周边上并朝导热部件10凸出。力敏弹性体20的凸缘部21b与导热部件10接触，力敏弹性体20的本体部21与导热部件10间隔开，使得传导到导热部件10上的热量不能直接传导到力敏弹性体20的本体部21。
43.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20除凸缘部21b之外的其他部分与导热部件10间隔开，使得传导到导热部件10上的热量不能直接传导到力敏弹性体20的其他部分。
44.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20的本体部21构成薄壁膜片。多个应变片30都被贴装在力敏弹性体20的本体部21的面对导热部件10的表面上且与导热部件10不接触。但是，本实用新型不局限于图示的实施例，例如，多个应变片30也可以都被贴装在力敏弹性体20的本体部21的背对导热部件10的表面上。
45.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20的本体部21呈圆板状，力敏弹性体20的凸缘部21b呈圆环状并与本体部 21的表面垂直。
46.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40被附接到力敏弹性体20的本体部21的面对导热部件10的表面上且与导热部件10不接触。但是，本实用新型不局限于图示的实施例，例如，电路板40也可以被附接到力敏弹性体20的本体部21的背对导热部件 10的表面上。
47.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40和多个应变片30都被贴装到力敏弹性体20的本体部21的面对导热部件10的表面上。在电路板40上形成有用于分别避让多个应变片30的多个槽孔41c，以防止应变片30与电路板40接触。但是，本实用新型不局限于
图示的实施例，例如，电路板40和多个应变片30也可以都被贴装到力敏弹性体20的本体部21的背对导热部件10的表面上。
48.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40包括：板体41和导电迹线42。板体41被附接到力敏弹性体20的本体部21 上。导电迹线42形成在板体41上，用于电连接多个应变片30。尽管未图示，应变片30和电路板40之间例如可以通过导线电连接。
49.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40的板体41 包括：第一板体部41a和第二板体部41b。第一板体部41a容纳在由力敏弹性体20的本体部21和凸缘部21b围成的容纳腔中并被附接到力敏弹性体20的本体部21上。第二板体部41b延伸到力敏弹性体 20的外部，用于与外部设备(未图示，例如，外部电源和外部信号采集设备)电连接。
50.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，在力敏弹性体20的凸缘部21b上形成有缺口21d，第二板体部41b经由缺口21d延伸到力敏弹性体20的外部。
51.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40还包括形成在第二板体部41b的外端部上的、用于与外部设备电连接的多个外接端子42a。
52.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，前述检测电路可以为包括四个应变片30的惠斯通电桥，前述多个外接端子42a可以包括惠斯通电桥的电源端子、接地端子、正输出端子和负输出端子。
53.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，电路板40为印刷电路板，导电迹线42和多个外接端子42a通过印刷方式形成在板体41 上。
54.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，力敏弹性体20的本体部21和电路板40的第一板体部41a呈圆板状，且电路板40的第二板体部41b呈带状。
55.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，导热部件10呈盖状，并且导热部件10包括端壁11和周壁12。导热部件10的端壁11面对力敏弹性体20的本体部21。导热部件10的周壁12朝远离力敏弹性体20的方向延伸。力敏弹性体20的凸缘部21b与导热部件10的端壁11的周边部分接触。
56.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，在导热部件10的端壁11的面对力敏弹性体20的外侧面的周边上形成有接触凸缘11b。该接触凸缘11b朝向力敏弹性体20凸出并与力敏弹性体20的凸缘部 21b的端面接触。
57.如图1-3和图5所示，在图示的实施例中，导热部件10除接触凸缘11b之外的其他部分与力敏弹性体20不接触，使得热量只能从导热部件10的接触凸缘11b传导到力敏弹性体20上。
58.图4显示根据本实用新型的一个实例性的实施例的力传感器的剖视图，其中显示了发热部件101和传力杆102。
59.如图2至图5所示，在图示的实施例中，力传感器还包括发热部件101。发热部件101容纳在由导热部件10的端壁11和周壁12围成的内腔中并与导热部件10的端壁11的内侧面的中间部分接触。导热部件10的端壁11的中间部分与力敏弹性体20间隔开，使得热量不能从导热部件10的中间部分直接传导到力敏弹性体20上。导热部件10和应变片30之间的热传导路径如图4中的箭头所示，在图示的实施例中，热量先从导热部件10的中间部分传导到导热部件10的周边部分，然后从导热部件10的周边部分传导到力敏弹性体20的周边部分，然后从力敏弹性体20的周边部分传导到力敏弹性体20的中间部分，最后才从力敏弹性体20的
中间部分传导应变片30上。因此，本实用新型能够延长热量从导热部件10传导到应变片30的热传导路径，使得热量具有更长的耗散时间和更大的耗散空间，保证传导到多个应变片30上的热量更加均匀，从而消除了由于多个应变片30的温度不平衡所造成的检测误差，提高了力传感器的检测精度。
60.如图2至图5所示，在图示的实施例中，在导热部件10的端壁 11的内侧面的中间部分上形成有用于与发热部件101接触的凸起部 11a。
61.如图2至图5所示，在图示的实施例中，力传感器还包括传力杆 102，发热部件101为安装在传力杆102上的、适于转动发热的轴承。当轴承转动时就会产生热量，且产生的热量会经由图4的箭头所示的热传导路径传导到应变片30上。
62.如图2至图5所示，在图示的实施例中，待检测的外载荷可以经由传力杆102和发热部件101传递到导热部件10上并经由导热部件 10传递到力敏弹性体20上。
63.如图2至图5所示，在图示的实施例中，在导热部件10的端壁 11、电路板40和力敏弹性体20的本体部21上分别形成有允许传力杆102穿过的中心通孔11c、21c，并且该中心通孔11c、21c的直径大于传力杆102的直径，使得传力杆102与导热部件10、电路板40 和力敏弹性体20不接触，以防止它们之间发生摩擦生热。因此，在传力杆102转动时，传力杆102与导热部件10、电路板40和力敏弹性体20之间不会出现摩擦生热，从而能够避免由于它们之间的摩擦生热对应变片30造成的不利影响。
64.本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，这些变化理应落入本实用新型的保护范围以内。
65.虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。
66.虽然本实用新型的总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本实用新型的总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。
67.应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本实用新型的范围。