[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2536100C1 - Bonded semiconductor resistive strain gauge - Google Patents

Bonded semiconductor resistive strain gauge Download PDF

Info

Publication number
RU2536100C1
RU2536100C1 RU2013129746/28A RU2013129746A RU2536100C1 RU 2536100 C1 RU2536100 C1 RU 2536100C1 RU 2013129746/28 A RU2013129746/28 A RU 2013129746/28A RU 2013129746 A RU2013129746 A RU 2013129746A RU 2536100 C1 RU2536100 C1 RU 2536100C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
film
strip
strain
strain gauge
metal
Prior art date
Application number
RU2013129746/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Михайлович Володин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority to RU2013129746/28A priority Critical patent/RU2536100C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536100C1 publication Critical patent/RU2536100C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: bonded resistive strain gauge includes a polymer substrate, and a carrier from thin metal foil in the form of rectangular platforms connected with a strip. A separating dielectric film is made on the carrier and repeats its shape and dimensions. The resistive strain gauge also includes a strain-sensitive film from polycrystalline samarium monosulphide and two metal-film platforms. Each metal-film platform is located on the separating dielectric film and represents a rectangular platform with a projection in the form of a strip; length of each strip provides for their mutual overlap in the central part of the resistive strain gauge, and the strain-sensitive film is made in the form of a strip located between ends of projections of metal-film platforms in their overlap zone.
EFFECT: invention allows reducing electrical resistance of a resistive strain gauge by providing high strain sensitivity at small sizes and by supplying current normally to the plane of the strain-sensitive strip which is located between projections of metal films in their mutual overlap zone.
5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций, так и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.).The invention relates to measuring technique and can be used both in strength tests to determine the stress state of structures, and as a sensitive element in sensors of mechanical quantities (force, pressure, weight, displacement, etc.).

Известен тензорезистор (SU 1717946, G01B 7/16, 7/18, опубл. 07.03.1992), содержащий тензочувствительную полоску из моносульфида самария, контактные площадки и диэлектрическую подложку из силикатного стекла.Known strain gauge (SU 1717946, G01B 7/16, 7/18, publ. 07.03.1992) containing a strain-sensitive strip of samarium monosulfide, pads and a dielectric substrate of silicate glass.

Недостатком такого решения является ограниченная область применения: определение напряженного состояния внутри массы бетона или других затвердевающих материалов.The disadvantage of this solution is the limited scope: determination of the stress state inside the mass of concrete or other hardening materials.

Известен наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор, содержащий полимерную подложку, тензочувствительную пленку и металлические контакты на концах тензочувствительной пленки (Д.Т.Анкудинов, К.Н.Мамаев. Малобазные тензодатчики сопротивления, Машиностроение, 1968, стр.47-50).Known glued semiconductor strain gauge containing a polymer substrate, a strain-sensitive film and metal contacts at the ends of the strain-sensitive film (D.T. Ankudinov, K. N. Mamaev. Low-base resistance strain sensors, Mechanical Engineering, 1968, pp. 47-50).

Тензочувствительная пленка, выполненная из висмута, имеет низкую тензочувствительность.Strain-sensitive film made of bismuth has a low strain-sensitivity.

Наиболее близким техническим решением является наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор, содержащий полимерную подложку, выполненный на ней носитель из металлической фольги в виде прямоугольных площадок, соединенных полоской, сформированные на другой стороне носителя повторяющую его по форме и размерам, разделительную диэлектрическую пленку, а также тензочувствительную пленку из поликристаллического моносульфида самария и две металлопленочные площадки (патент №2463687 от 23.06.2011, опубл. 10.10.2012). В данной конструкции тензочувствительная пленка также повторяет по форме и размерам носитель. Между контактными металлопленочными площадками оставлен незашунтированный участок тензочувствительной пленки и ток проходит по полоске тензочувствительной пленки, вдоль нее.The closest technical solution is a glued semiconductor strain gauge containing a polymer substrate, a metal foil carrier made in it in the form of rectangular pads connected by a strip, formed on the other side of the carrier in shape and size, a separation dielectric film, and a strain-sensitive polycrystalline film samarium monosulfide and two metal-film sites (patent No. 2463687 from 06.23.2011, publ. 10.10.2012). In this design, the strain-sensitive film also repeats the shape and size of the carrier. An unshunted section of the strain-sensitive film is left between the contact metal-film pads and current flows along the strip of the strain-sensitive film along it.

Недостатком прототипа является слишком высокое сопротивление, которое трудно согласовать с входными характеристиками тензопреобразователя.The disadvantage of the prototype is too high resistance, which is difficult to reconcile with the input characteristics of the strain gauge.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении тензорезистора с высокой тензочувствительностью и относительно низким электрическим сопротивлением при малых размерах.The invention is aimed at achieving a technical result, which consists in obtaining a strain gauge with high strain sensitivity and relatively low electrical resistance at small sizes.

Ниже при раскрытии изобретения и рассмотрении его конкретной реализации будут названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, when disclosing the invention and considering its specific implementation, other types of achieved technical result will be named.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом наклеиваемом полупроводниковом тензорезисторе, также как и в прототипе, содержащем полимерную подложку, выполненный на ней носитель из металлической фольги в виде прямоугольных площадок, соединенных полоской, сформированные на другой стороне носителя повторяющую его по форме и размерам, разделительную диэлектрическую пленку, а также тензочувствительную пленку из поликристаллического моносульфида самария и две металлопленочные площадки, в отличие от прототипа каждая металлопленочная площадка расположена на разделительной диэлектрической пленке и представляет собой прямоугольную площадку с выступом в виде полоски, при этом длина каждой полоски обеспечивает их взаимное перекрытие в центральной части тензорезистора, а тензочувствительная пленка выполнена в виде полоски, расположенной между концами выступов металлопленочных площадок в зоне их перекрытия.To achieve the specified technical result in the proposed stick-on semiconductor strain gauge, as well as in the prototype, containing a polymer substrate, a metal foil carrier is made on it in the form of rectangular pads connected by a strip, formed on the other side of the carrier in shape and size, the dielectric separating it a film, as well as a strain-sensitive film made of polycrystalline samarium monosulfide and two metal-film pads, in contrast to the prototype each the metal film pad is located on the separating dielectric film and is a rectangular pad with a strip-shaped protrusion, the length of each strip ensuring their mutual overlap in the central part of the strain gauge, and the strain-sensitive film is made in the form of a strip located between the ends of the protrusions of the metal film pads in the area of their overlap .

В отличие от всех известных тензорезисторов, в которых ток проходит вдоль тензочувствительной полоски, между контактными площадками (металлические пленки), в предложенном техническом решении он проходит по нормали к плоскости полоски, которая расположена между выступами металлических пленок, в зоне их взаимного перекрытия, что и позволяет снизить его электрическое сопротивление, сохранив высокую тензочувствительность при малых размерах.Unlike all known strain gauges in which current flows along a strain gauge strip between contact pads (metal films), in the proposed technical solution it passes along the normal to the plane of the strip, which is located between the protrusions of the metal films, in the zone of their mutual overlap, which allows you to reduce its electrical resistance, while maintaining a high strain sensitivity at small sizes.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 - наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор в плане;figure 1 - glued semiconductor strain gauge in plan;

на фиг.2 - продольный разрез тензорезистора;figure 2 is a longitudinal section of a strain gauge;

на фиг.3 - направление проходящего тока в прототипе;figure 3 - the direction of the passing current in the prototype;

на фиг.4 - направление проходящего тока в предлагаемом изобретении.figure 4 - direction of the passing current in the present invention.

Предлагаемый наклеиваемый тензорезистор содержит полимерную подложку 1, выполненный на ней носитель 2 из тонкой (например, 0.01 мм) металлической (например, константановой) фольги в виде прямоугольных площадок, соединенных полоской (форма гантели). На носителе 2 сформирована повторяющая его по форме и размерам, разделительная диэлектрическая пленка 3. Тензорезистор также содержит тензочувствительную пленку 4 из поликристаллического моносульфида самария и две металлопленочные площадки 5 (контактные площадки). Каждая металлопленочная площадка 5 расположена на разделительной диэлектрической пленке 3 и представляет собой прямоугольную площадку с выступом в виде полоски 6, длина каждой полоски 6 обеспечивает их взаимное перекрытие в центральной части тензорезистора, а тензочувствительная пленка 4 выполнена в виде полоски, расположенной между концами выступов 6 металлопленочных площадок 5 в зоне их перекрытия.The proposed glued strain gauge comprises a polymer substrate 1, a carrier 2 made on it of thin (e.g., 0.01 mm) metal (e.g., constantan) foil in the form of rectangular pads connected by a strip (dumbbell shape). A separating dielectric film 3 is repeated on the carrier 2 in shape and size. The strain gauge also contains a strain-sensitive film 4 of polycrystalline samarium monosulfide and two metal-film pads 5 (contact pads). Each metal-film pad 5 is located on the separating dielectric film 3 and is a rectangular platform with a protrusion in the form of a strip 6, the length of each strip 6 ensures their mutual overlap in the central part of the strain gauge, and the strain-sensitive film 4 is made in the form of a strip located between the ends of the protrusions 6 of the metal film 5 sites in the area of their overlap.

Предложеный тензорезистор работает следующим образом.The proposed strain gauge works as follows.

Работает тензорезистор также как и прототип, по соответствующей технологии он наклеивается на поверхность исследуемой детали. При механических силовых воздействиях деталь деформируется (растягивается или сжимается), при этом растягивается или сжимается и наклееный на деталь тензорезистор на величину ΔL, получая относительную деформацию Δ/L, что в свою очередь, приводит к относительному изменению сопротивления (ΔR/R) тензорезистора. Величины ΔL/L и ΔR/R связаны между собой через коэффициент тензочувствительности:The strain gauge works as well as the prototype; according to the appropriate technology, it is glued to the surface of the part under study. Under mechanical forces, the part is deformed (stretched or compressed), and the strain gauge glued onto the part is stretched or compressed by ΔL, obtaining a relative deformation Δ / L, which in turn leads to a relative change in the resistance (ΔR / R) of the strain gauge. Values ΔL / L and ΔR / R are interconnected through the coefficient of strain sensitivity:

ΔR/R=KΔL/L,ΔR / R = KΔL / L,

где K - коэффициент тензочувствительности;where K is the coefficient of strain sensitivity;

ΔL/L - относительная деформация;ΔL / L is the relative deformation;

ΔR/R - относительное изменение сопротивления.ΔR / R is the relative change in resistance.

Отличает предлагаемый тензорезистор от известного лишь чрезвычайно низкое электрическое сопротивление вследствие очень маленькой длины полупроводника и значительного поперечного сечения.The proposed strain gauge differs from the known only extremely low electrical resistance due to the very small semiconductor length and significant cross-section.

На фиг.4 и 5 показано направление прохождения тока в прототипе (фиг.4) и предлагаемом тензорезисторе (фиг.5). Для сравнения возьмем два одинаковых по размеру чувствительных элемента 0.3×0.3×0.0005.Figure 4 and 5 shows the direction of current flow in the prototype (figure 4) and the proposed strain gauge (figure 5). For comparison, we take two equally sized sensitive elements 0.3 × 0.3 × 0.0005.

R=ρ·L/b·hR = ρL / bh

Сопротивление R пропорционально удельному сопротивлению ρ, длине проводника L (размер проводника в направлении прохождения тока) и обратно пропорционально поперечному сечению b·h, где b - ширина проводника, h - толщина проводника. The resistance R is proportional to the resistivity ρ, the length of the conductor L (conductor size in the direction of current flow) and inversely proportional to the cross section b · h, where b is the width of the conductor, h is the thickness of the conductor.

Примем удельное сопротивление чувствительных элементов прототипа и предлагаемого тензорезистора равными. Тогда длина проводника в прототипе - 0.3 мм, а в предлагаемом изобретении 0.0005 мм, то есть в 600 раз меньше. Поперечное сечение прототипа 0.3×0.0005=0.00015 мм2, а предлагаемого изобретения 0.3×0.3=0.09 мм2, то есть в 60 раз больше, а в общем 60×60=36000, то есть при всех равных условиях сопротивление предлагаемого тензорезистора будет в 36000 раз меньше, чем прототипа. Это позволяет выбрать такие режимы пыления (осаждения) поликристаллической пленки моносульфида самария, при которых она имеет максимальную чувствительность.We take the resistivity of the sensitive elements of the prototype and the proposed strain gauge equal. Then the length of the conductor in the prototype is 0.3 mm, and in the proposed invention 0.0005 mm, that is, 600 times less. The cross-section of the prototype 0.3 × 0.0005 = 0.00015 mm 2 , and the proposed invention 0.3 × 0.3 = 0.09 mm 2 , that is, 60 times larger, and in general 60 × 60 = 36000, that is, all things being equal, the resistance of the proposed strain gauge will be 36000 times less than the prototype. This allows one to choose such dusting (deposition) modes of a polycrystalline film of samarium monosulfide at which it has maximum sensitivity.

Таким образом, предложенная конструкция наклеиваемого полупроводникового тензорезистора позволяет снизить его электрическое сопротивление, обеспечив высокую тензочувствительность при малых размерах, перенаправив ток по нормали к плоскости тензочувствительной полоски, которая расположена между выступами металлических пленок, в зоне их взаимного перекрытия.Thus, the proposed design of a glued semiconductor strain gauge allows to reduce its electrical resistance, providing high strain sensitivity at small sizes, by redirecting the current normal to the plane of the strain gauge strip, which is located between the protrusions of the metal films, in the area of their mutual overlap.

Claims (1)

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор, содержащий полимерную подложку, выполненный на ней носитель из металлической фольги в виде прямоугольных площадок, соединенных полоской, сформированные на другой стороне носителя повторяющую его по форме и размерам, разделительную диэлектрическую пленку, а также тензочувствительную пленку из поликристаллического моносульфида самария и две металлопленочные площадки, отличающийся тем, что каждая металлопленочная площадка расположена на разделительной диэлектрической пленке и представляет собой прямоугольную площадку с выступом в виде полоски, при этом длина каждой полоски обеспечивает их взаимное перекрытие в центральной части тензорезистора, а тензочувствительная пленка выполнена в виде полоски, расположенной между концами выступов металлопленочных площадок в зоне их перекрытия. A glued semiconductor strain gauge containing a polymer substrate, a metal foil carrier made in it in the form of rectangular pads connected by a strip, formed on the other side of the carrier in shape and size, a separation dielectric film, and a strain-sensitive film made of polycrystalline samarium monosulfide and two metal film site, characterized in that each metal film site is located on a separation dielectric film and yaet a rectangular pad with a projection in the form of strips, the length of each strip ensures their mutual overlap in the central part of the strain gauge and strain-gauge film is formed as a strip located between the ends of the projections metalloplenochnyh sites in the area of their overlap.
RU2013129746/28A 2013-07-01 2013-07-01 Bonded semiconductor resistive strain gauge RU2536100C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013129746/28A RU2536100C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Bonded semiconductor resistive strain gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013129746/28A RU2536100C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Bonded semiconductor resistive strain gauge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2536100C1 true RU2536100C1 (en) 2014-12-20

Family

ID=53286244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013129746/28A RU2536100C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Bonded semiconductor resistive strain gauge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536100C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2367062C1 (en) * 2008-05-15 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор" Semiconductor resistor
RU2463687C1 (en) * 2011-06-23 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bounded semiconductor strain gauge
RU2463686C1 (en) * 2011-06-23 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bounded semiconductor strain gauge
RU2481669C2 (en) * 2011-08-02 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bonded semiconductor resistive strain gauge

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2367062C1 (en) * 2008-05-15 2009-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор" Semiconductor resistor
RU2463687C1 (en) * 2011-06-23 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bounded semiconductor strain gauge
RU2463686C1 (en) * 2011-06-23 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bounded semiconductor strain gauge
RU2481669C2 (en) * 2011-08-02 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Bonded semiconductor resistive strain gauge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105091731B (en) The axial deviation sensitive grid interdigitated metal foil gauge of the axial local derviation of measurable surface strain
CN105004262B (en) The double interdigitated metal foil gauges of lateral deviation full-bridge of the horizontal local derviation of measurable surface strain
CN105066871B (en) The full interdigitated metal foil gauge of axial deviation full-bridge of the axial local derviation of measurable surface strain
CN105066870B (en) The double interdigitated metal foil gauges of axial deviation full-bridge of the axial local derviation of measurable surface strain
CN105066869B (en) The lateral deviation sensitive grid interdigitated metal foil gauge of the horizontal local derviation of measurable surface strain
JP5665319B2 (en) Probe, method and system for determining the electrical properties of a test sample
JP2014529070A5 (en)
US20130126249A1 (en) Load cell and applications thereof
CN109506826B (en) Pressure sensor with improved strain gauge
US20160033344A1 (en) Structural shear load sensing pin
KR101261137B1 (en) Slip sensor using flexible dielectric material
WO2016185813A1 (en) Multi-axis tactile sensor and method for manufacturing multi-axis tactile sensor
KR102704872B1 (en) Sensor device, measuring device and method for detecting instantaneous deformation of a part, and automobile
RU2536100C1 (en) Bonded semiconductor resistive strain gauge
RU2481669C2 (en) Bonded semiconductor resistive strain gauge
RU2463687C1 (en) Bounded semiconductor strain gauge
JP5995840B2 (en) Measurement of layer thickness
EP2623993A1 (en) Wind speed and direction measuring device
US7752927B2 (en) Cable-type load sensor
RU2463686C1 (en) Bounded semiconductor strain gauge
JP6323345B2 (en) Load sensor
RU2505782C1 (en) Paste-on semiconductor strain gage
CN204924166U (en) Two sensitive grid interdigital metal strain gauge of lateral deviation of horizontal local derviation but measured surface meets an emergency
RU2629918C1 (en) Sensitive element
JP2014085259A5 (en) Strain measuring device and strain gauge transducer

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20171110