CN109690233A - 应变片以及用于制造应变片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量力和应变的应变片(10)，其包括：具有上侧(16)的第一绝缘层(12)；设置在所述第一绝缘层(12)的上侧(16)上的电阻元件(18)；设置在所述电阻元件(18)上的第二绝缘层(24)，所述第二绝缘层至少部分地与所述第一绝缘层(12)连接；以及设置在所述第二绝缘层(24)上的导电层(26)。以这种方式制造应变片，所述应变片具有减小的电磁干扰场易受性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量力和应变的应变片以及一种用于制造应变片的方法。
背景技术
用于测量构件应变的应变片(DMS)是广为人知的。这种应变片通常粘接在要检查的构件的表面上。应变片通常包括由塑料构成的承载元件和设置在承载元件上的导电的电阻层。为了免受湿气，电阻层通常通过外部的塑料层保护。因此电阻层嵌入在承载元件和外部的塑料层之间。
例如由DE 29 16 425 B1和DE 33 17 601已知一种应变片。
存在如下经常性的需求，提高应变片的测量精度并且降低或避免错误测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种应变片以及一种用于制造应变片的方法，所述应变片具有提高的测量精度和减小的易受干扰性。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的应变片并且通过根据权利要求5的特征的用于制造应变片的方法来实现。本发明的优选的设计方案在从属权利要求中并且在下面的描述中得出，其能够分别单独地或组合地示出本发明的一个方面。
根据本发明，设有一种用于测量力和应变的应变片，其包括：具有上侧的第一绝缘层；设置在所述第一绝缘层的上侧上的电阻元件；设置在所述电阻元件上的第二绝缘层，所述第二绝缘层至少部分地与所述第一绝缘层连接；以及设置在所述第二绝缘层上的导电层。
第一绝缘层和/或第二绝缘层应理解为非导电的或绝缘的层。第一绝缘层和/或第二绝缘层优选具有塑料材料。尤其优选地，第一绝缘层和/或第二绝缘层具有二氧化硅SiO2和/或氮化硅(Si3N4)和/或氧化铝Al2O3。第一绝缘层优选具有与第二绝缘层相同的材料。尤其优选地，第一绝缘层与第二绝缘层不同类型地构成。
电阻元件优选是电阻线和/或电阻膜和/或电阻层。尤其优选地，电阻元件具有锗和/或硅。电阻线优选具有圆形的和/或矩形的横截面。电阻线优选由气相沉积和/或借助于化学气相沉积(CVD)制造。尤其优选地，电阻线借助于激光由平面的结构加工出来。更尤其优选地，电阻线具有波纹形的结构和/或具有带有一个或多个圈的波纹形的样式。
导电层应理解为用于屏蔽电磁辐射的任意层。尤其优选地，导电层是导电膜，尤其金属膜，和/或金属层。
为了检测构件应变和/或力或扭矩，测量设置在构件上的应变片的电阻值。如果待检查的构件例如由于外部的力作用而经受伸长，那么电阻层同样伸长，由此电阻层的电阻值相应地变化。通过施加电压测量该电阻值。在本发明中利用如下知识，在应变片的区域中的电磁干扰场能够影响所施加的电压进而影响所测量的电阻值，由此测量结果不真实。因此在第二绝缘层上设有导电层，所述导电层提供用于电阻元件的屏蔽。导电层不与电阻层导电地连接。以这种方式能够通过导电层为电阻元件屏蔽应变片的区域中的电磁辐射，由此能在测量电阻元件的电阻值时减少电磁干扰作用的影响进而能够提高应变片的测量精度。
本发明的优选的改进形式提出：导电层具有基面A1并且电阻元件具有基面A2，其中关系为A1≥A2。导电层的基面A1因此大于或等于电阻元件的基面A2。导电层以这种方式能完全地覆盖电阻元件。尤其优选地，导电层的基面A1大于电阻元件的基面A2并且相对于电阻元件的基面A2设置成，使得导电层的基面A1至少部分地并且尤其优选完全地超出电阻元件的基面A2。
原则上，导电层的基面A1小于或等于第一绝缘层的基面A3。有利地提出：导电层的基面A1大于第一绝缘层的基面A3。导电层以这种方式能够相对于第一绝缘层设置成，使得导电层至少部分地并且尤其优选完全在第一绝缘层的侧区域上超出第一绝缘层。优选地，导电层借助超出第一绝缘层的区域与基体导电地连接，应变片设置在所述基体上。
在本发明的有利的改进形式中提出：所述电阻元件以一种样式设置在所述第一绝缘层的上侧上，使得在上侧上构成有借助所述电阻元件覆盖的部段和无电阻元件的部段。在无电阻元件的部段中，第二绝缘层与第一绝缘层的上侧直接接触。尤其优选地，无电阻元件的部段构成在第一绝缘层的上侧的边缘区域中和/或构成在电阻元件覆盖的部段之间。以这种方式，电阻元件被围在第一绝缘层和第二绝缘层之间，使得能够电阻元件保护免受外部的影响，尤其免受液态和/或潮湿的介质。
根据本发明的优选的改进形式提出：电阻元件具有波纹形的样式。该电阻元件因此优选在第一绝缘层的上侧上具有一个或多个圈。无电阻元件的部段因此优选构成在波纹形的样式的圈之间和/或构成在第一绝缘层的边缘区域中。
本发明的优选的改进形式提出：所述第一绝缘层在与表面背离的一侧上具有下侧，所述第二绝缘层在背离所述第一绝缘层的表面的一侧上具有外侧，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层具有至少一个连贯的材料凹部，所述材料凹部从所述第二绝缘层的外侧引导直至所述第一绝缘层的下侧并且设置在无电阻元件的部段中，并且所述导电层设置在所述第二绝缘层的外侧上并且设置在连贯的材料凹部中并且被引导直至第一绝缘层的下侧。以这种方式，导电层能在无电阻元件的部段中从外侧引导直至第一绝缘层的下侧。优选地，应变片具有多个连贯的材料凹部，所述材料凹部从外侧直至下侧设置在无电阻元件的部段中。如果应变片施加在金属基体上，那么导电层能够与基体导电地连接并且围绕电阻元件形成法拉第笼。以这种方式，能提高相对于电磁干扰的屏蔽作用。
本发明的有利的改进形式在于：电阻元件具有用于电接触电阻元件的接触元件并且第二绝缘层和导电层在接触元件的区域中是留空的。以这种方式，电阻元件经由接触元件供有电压。
此外，根据本发明提出一种用于制造应变片的方法，其中应变片具有：具有上侧的第一绝缘层；设置在所述第一绝缘层的上侧上的电阻元件；设置在所述电阻元件上的第二绝缘层，所述第二绝缘层至少部分地与所述第一绝缘层连接；以及设置在所述第二绝缘层上的导电层，所述方法包括如下步骤：
a)将第一绝缘层施加到基体的待检查的表面上，其中所述第一绝缘层的下侧与所述基体接触；
b)在所述第一绝缘层的上侧上施加具有接触元件的电阻元件，其中所述上侧设置在与所述下侧背离的一侧上；
c)将第二绝缘层施加到所述电阻元件上；
d)将导电层施加到所述第二绝缘层上。
因此，导电层施加在第二绝缘层上。导电层不能导电地和/或不导电地与电阻元件连接。也就是说，在导电层和电阻元件之间设有绝缘层，即第二绝缘层。因此，导电层用作为：用于电阻元件相对于电磁干扰场的屏蔽，所述电磁干扰场能够在应变片的环境中影响测量结果。
在本发明的优选的改进形式中提出：将所述第一绝缘层蒸镀到金属基体的表面上。以这种方式能够优选在表面上涂覆薄层的第一绝缘层。优选地，第一绝缘层以＜1μm的材料厚度涂覆到金属基体上。
根据本发明的有利的改进形式提出：将所述电阻元件以一种样式施加到所述第一绝缘层上，使得所述第一绝缘层具有借助电阻元件覆盖的部段和无电阻元件的部段。无电阻元件的部段优选构成在第一绝缘层的上侧的边缘区域中。根据电阻元件的样式能够至少部分地在借助电阻元件覆盖的部段之间设有一个或多个无电阻元件的部段。优选地，电阻元件具有波纹形的样式，所述样式优选具有一个或多个圈。
原则上，电阻元件能够是电阻线，所述电阻线被粘接在第一绝缘层上。本发明的优选的改进形式提出：电阻元件制造成，使得电阻层被层压到第一绝缘层上，并且电阻层通过蚀刻形成样式。
根据本发明的有利的改进形式提出：将所述电阻元件以一种样式蒸镀到所述第一绝缘层上和/或通过喷镀以一种样式施加到所述第一绝缘层上。通过这种方式，电阻元件优选以＜1μm的材料厚度施加在第一绝缘层上。
在本发明的优选的改进形式中提出：在施加所述第二绝缘层之前，对所述电阻元件的接触元件进行掩膜。所述掩膜能够防止借助第二绝缘层对接触元件覆层。同样能够防止：接触元件通过导电层短接。为了电接触接触元件，在涂覆导电层之后去除所述掩膜。
本发明的有利的改进形式提出：在施加所述第一绝缘层之前，在无电阻元件的部段中，将基体掩膜涂覆到金属基体的表面上，并且在施加所述导电层之前，去除所述基体掩膜。以这种方式能够通过基体掩膜防止：在基体掩膜的区域中，将第一绝缘层直接涂覆到表面上。通过在涂覆第二绝缘层之后去除基体掩膜，在第一绝缘层和第二绝缘层中提供连贯的材料凹部。以这种方式能够通过将导电层涂覆到第二绝缘层上，导电层的材料到达连贯的材料凹部中直至基体，使得在导电层和金属基体之间能建立导电连接。
最后，在本发明的有利的改进形式中提出：在施加所述导电层之前，在无电阻元件的部段中优选通过蚀刻构成至少一个连贯的材料凹部。
附图说明
下面参考附图根据优选的实施例详细地阐述本发明，其中下面示出的特征能够不仅分别单独地而且组合地示出本发明的一个方面。
图1示出穿过根据优选的实施例的应变片的竖直剖面图，
图2示出穿过根据本发明的优选的实施例的应变片的竖直剖面图，其中在第一绝缘层和第二绝缘层中构成有连贯的材料凹部，
图3示出根据本发明的优选的实施例用于制造应变片的方法，
图4示出根据本发明的优选的实施例用于制造应变片的另一方法。
具体实施方式
在图1中示出穿过应变片(DMS)10的竖直剖面图。应变片10包括第一绝缘层12，所述第一绝缘层具有下侧14，并且在背离下侧14的一侧上具有上侧16。在第一绝缘层12的上侧16上设有电阻元件18，其中所述电阻元件18具有用于电接触电阻元件18的接触元件(未示出)。
电阻元件18以一种样式设置在第一绝缘层12的上侧16上，使得在上侧16上构成有借助电阻元件18覆盖的部段20和无电阻元件的部段22。当前波纹形地构成电阻元件18。因此，在上侧16上的边缘区域中并且至少部分地在波纹形的电阻元件18的圈之间，在第一绝缘层12的上侧16上构成无电阻元件的部段22。
在所述电阻元件18上设有第二绝缘层24，所述第二绝缘层在无电阻元件的部段22中与第一绝缘层12的上侧16连接。在第二绝缘层24上设有导电层26。导电层26构成为金属层。在应变片10的区域中的电磁辐射由导电层屏蔽，所述电磁辐射能够对电压具有干扰作用，所述电压经由接触元件引入到电阻元件18中。以这种方式，在测量电阻元件18的电阻值时能降低电磁辐射的干扰作用。
DMS 10以下侧14设置在金属基体30的表面28上。
在图2中示出从图1中已知的DMS 10。第二绝缘层24在背离第一绝缘层12的上侧16的一侧上具有外侧32。与从图1中已知的DMS 10不同，在图2中示出的DMS 10在无电阻元件的部段22中具有连贯的材料凹部34，所述材料凹部从第二绝缘层24的外侧32延伸直至第一绝缘层12的下侧14。导电层26设置在第二绝缘层24的外侧32上并且构成在连贯的材料凹部34中。因此，导电层26在连贯的材料凹部34中从第二绝缘层24的外侧32延伸直至第一绝缘层12的下侧14。不提供导电层26与电阻元件18的导电连接。
应变片10以下侧14设置在金属基体30上。因此设置在连贯的材料凹部34中的导电层26与金属基体14导电地连接，所述导电层被引导直至下侧14。以这种方式，基体30和导电层26形成法拉第笼，所述法拉第笼围绕电阻元件18构成。法拉第笼能提高相对于电磁干扰的屏蔽作用。
在图3中示出一种用于制造应变片10的方法。所述方法包括步骤：将第一绝缘层施加到金属基体的要检查的表面上100。第一绝缘层包括由非导电的材料构成的材料并且被蒸镀到所述表面上。第一绝缘层具有下侧，所述下侧与金属基体的表面连接。以这种方式，第一绝缘层能够以＜1μm的厚度施加在金属基体的表面上。
在第二步骤中在第一绝缘层的上侧上施加具有接触元件的电阻元件102，其中所述上侧设置在第一绝缘层的与下侧背离的一侧上。电阻元件被波纹形地蒸镀到第一绝缘层的上侧上。以这种方式，第一绝缘层的上侧具有无电阻元件的部段和电阻元件覆盖的部段。
在第三步骤中将第二绝缘层施加到电阻元件上104，其中在无电阻元件的部段中，第二绝缘层与第一绝缘层的上侧连接。第二绝缘层包括非导电的材料并且在电阻元件上或在无电阻元件的部段中被蒸镀到第一绝缘层的表面上。因此，电阻元件设置在第一绝缘层和第二绝缘层之间。
在第四步骤中将导电层施加到第二绝缘层上106。第二导电层是金属层，所述金属层相对于来自应变片的环境的电磁干扰场具有屏蔽作用。
图4示出从图3中已知的用于制造应变片的方法，其中从图3中已知的方法具有其他制造步骤。
在施加第一绝缘层100之前，在无电阻元件的部段中将基体掩膜涂覆到金属基体的表面上108。以这种方式，能够通过基体掩膜防止：在基体掩膜的区域中将第一绝缘层直接涂覆到金属基体的表面上。
在另一步骤中提出：在施加第二绝缘层之前，对电阻元件的接触元件进行掩膜110。掩膜能防止借助第二绝缘层对接触元件覆层。同样能够防止：电接触件通过导电层短接。
在涂覆第二绝缘层104之后，去除基体掩膜112。通过去除基体掩膜112，在第一绝缘层和第二绝缘层中制造连贯的材料凹部。
将导电层涂覆在第二绝缘层上106。在连贯的材料凹部的区域中，导电层与金属基体导电连接。以这种方式，能够通过金属基体和导电层构成法拉第笼。
在涂覆第二绝缘层106之后，去除接触元件的掩膜114，使得接触元件能够与电导线接触，以将电压施加到电阻元件上。
附图标记列表
10 应变片
12 第一绝缘层
14 下侧
16 上侧
18 电阻元件
20 电阻元件覆盖的部段
22 无电阻元件的部段
24 第二绝缘层
26 导电层
28 表面
30 基体
32 外侧
34 材料凹部
100 施加第一绝缘层
102 施加电阻元件
104 施加第二绝缘层
106 施加导电层
108 施加基体掩膜
110 施加接触掩膜
112 去除基体掩膜
114 去除接触掩膜
Claims (10)
1.一种用于测量力和应变的应变片(10)，其包括：
具有上侧(16)的第一绝缘层(12)；
设置在所述第一绝缘层(12)的上侧(16)上的电阻元件(18)；
设置在所述电阻元件(18)上的第二绝缘层(24)，所述第二绝缘层至少部分地与所述第一绝缘层(12)连接；和
设置在所述第二绝缘层(24)上的导电层(26)。
2.根据权利要求1所述的应变片，其中所述电阻元件(18)以一种样式设置在所述第一绝缘层(12)的上侧(16)上，使得在所述上侧(16)上构成有借助所述电阻元件(18)覆盖的部段(20)和无电阻元件的部段(22)。
3.根据权利要求2所述的应变片，其特征在于，所述第一绝缘层在与表面背离的一侧上具有下侧，所述第二绝缘层(24)在背离所述第一绝缘层(12)的表面(16)的一侧上具有外侧(32)，所述第一绝缘层(12)和所述第二绝缘层(24)具有至少一个连贯的材料凹部(34)，所述材料凹部从所述第二绝缘层(24)的外侧(32)引导直至所述第一绝缘层(12)的下侧(14)并且设置在所述无电阻元件的部段(22)中，并且所述导电层(24)设置在所述第二绝缘层(24)的外侧(32)上并且设置在所述连贯的材料凹部(34)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的应变片，其特征在于，所述电阻元件(18)具有波纹形的样式。
5.一种用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的应变片的方法，所述方法包括如下步骤：
a)将第一绝缘层施加到基体的待检查的表面上(100)，其中所述第一绝缘层的下侧与所述基体接触；
b)在所述第一绝缘层的上侧上施加具有接触元件的电阻元件(102)，其中所述上侧设置在与所述下侧背离的一侧上；
c)将第二绝缘层施加到所述电阻元件上(104)；
d)将导电层施加到所述第二绝缘层上(106)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述第一绝缘层蒸镀到金属基体的表面上。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将所述电阻元件以一种样式蒸镀到所述第一绝缘层上和/或通过喷镀以一种样式施加到所述第一绝缘层上，使得在所述第一绝缘层上构成电阻元件覆盖的部段和无电阻元件的部段。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在施加所述第一绝缘层之前，在所述第一绝缘层的无电阻元件的部段中，将基体掩膜涂覆到金属基体的表面上(108)，并且在施加所述导电层之前去除所述基体掩膜(112)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在施加所述导电层之前，在所述第一绝缘层的无电阻元件的部段中优选通过蚀刻构成至少一个连贯的材料凹部。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，在施加所述第二绝缘层之前，对所述电阻元件的接触元件进行掩膜(110)。
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