基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，包括转接上法兰，转接下法兰，连接在转接上下法兰之间的扭柱，其特征在于：所述扭柱是二个相对的平行面分别采用溅射技术制造有薄膜敏感元件、另二个相对平行面加工弧形凹槽的金属柱。将四个应变敏感电阻组成惠斯通电桥电路，当转接上下法兰扭动时，扭柱受到扭力作用并传递到应变敏感电阻，应变敏感电阻阻值发生变化，惠斯通电桥电路失出平衡，通过测量所述惠斯通电桥电路的输出信号可得到相应的扭矩值大小。由于采用了溅射薄膜技术，将应变敏感元件直接制作在弹性轴上，传感器的迟滞误差、重复性误差、温度漂移误差大大减小，传感器测量精度得到提高。传感器结构简单、加工容易。

High performance torque sensor based on sputtering thin film technology

The utility model discloses a high performance torque sensor based on the technology of sputtered films, including switching on the flange adapter flange, stud connection between the lower flange in the adapter, which is characterized in that the torsion column is two parallel surfaces were prepared by sputtering technique is made of metal column film sensitive element and the other two opposite parallel machining arc groove. The four strain sensitive resistor Wheatstone bridge circuit, when switching on the lower flange is twisted, twisted by column torsion and transfer to the strain sensitive resistor, the strain sensitive resistance change, Wheatstone bridge circuit loses balance, get the value of the size of the corresponding torque output signal by measuring the Wheatstone bridge circuit. Because of the sputtering thin film technology, the strain sensitive element is directly fabricated on the elastic shaft. The hysteresis error, repeatability error and temperature drift error of the sensor are greatly reduced, and the accuracy of the sensor is improved. The sensor is simple in structure and easy to process.

【技术实现步骤摘要】
基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器
本技术涉及一种扭矩传感器，尤其涉及一种采用溅射薄膜技术制造应变敏感元件的高性能扭矩传感器。
技术介绍
在机械传动系统中，扭矩是反映系统性能的重要参数之一。扭矩测量在航空航天、军工装备、工程机械、船舶、钻井、交通、冶金、发电、矿山设备等许多行业或领域得到了广泛的应用。扭矩测量方法有多种，其中传统的应变式测量方法应用非常广泛。应变式扭矩传感器是将金属应变片粘贴在弹性轴上组成应变桥，当弹性轴受扭矩变形后引起电桥电阻值变化，通过测量电阻值变化得到相应扭矩值的大小。现有的应变式扭矩传感器是使用有机胶将应变片粘贴在弹性体上，这种制造方法使传感器的综合性能受如下因素影响，这些影响因素有：弹性体粘贴表面清洁度、粘贴胶的性能、粘贴胶的厚度及均匀性、粘贴位置及其一致性等，另外，粘贴胶受环境温度、湿度以及长时间工作等因素影响也会导致传感器性能发生变化。这些影响主要导致传感器的迟滞误差、重复性误差、温度漂移误差变大，从而降低传感器的测量精度。同时由于有机胶的存在，传感器工作环境受到一定的限制。同时传统的粘贴应变式扭矩传感器结构较复杂，加工也不容易，产品生产效率低，成本高。因此，开发一种测量精度高、工作稳定性好、结构简单、加工容易、能适用更加严苛环境的高性能扭矩传感器极其重要。采用溅射薄膜技术，在弹性轴上直接制造薄膜敏感元件的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器能解决上述存在的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，针对现有技术的不足，解决传统应变式扭矩传感器迟滞误差、重复性误差、温度漂移误差大，测量精度低、不适应恶劣环境工作等问题。为解决以上技术问题，本技术的技术方案是：一种基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，包括转接上法兰，转接下法兰，连接在所述转接上法兰与转接下法兰之间的扭柱组成，其特征在于：所述扭柱是二个相对的平行面分别采用溅射薄膜技术制造有包含应变敏感电阻的薄膜敏感元件、另二个相对的平行面加工有弧形凹槽的金属柱；所述薄膜敏感元件含有二个所述应变敏感电阻，将所述四个应变敏感电阻组成惠斯通电桥电路，当所述转接上法兰与转接下法兰扭动时，所述扭柱受到扭力作用并传递到所述应变敏感电阻，所述应变敏感电阻阻值发生变化，惠斯通电桥电路失出平衡，通过测量所述惠斯通电桥电路的输出信号可得到相应的扭矩值大小。所述薄膜敏感元件由绝缘层、应变敏感电阻、焊盘、保护层组成。所述应变敏感电阻是一种合金薄膜电阻。所述扭柱上的相对平行面的二个薄膜敏感元件的图形是镜像对称分布的。与现有技术相比，本技术所具有的有益效果为：由于采用了溅射薄膜技术，将应变敏感元件直接制作在弹性轴上，克服了胶粘应变片带来的缺点，传感器的迟滞误差、重复性误差、温度漂移误差大大减小，传感器测量精度得到提高。同时传感器结构简单，加工容易。另外，由于制作过程中不使用有机胶，传感器的耐温和长时间稳定工作性能更好，能在更加严苛的环境中长期使用。附图说明图1为本技术的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器结构示意图。图2为本技术的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器的薄膜敏感元件在扭柱一个平行面上的布置图。图3为本技术的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器的薄膜敏感元件在扭柱另一平行面上的布置图。图4为本技术的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器的扭柱剖视图(图中薄膜敏感元件部分比例放大)。图中，1-转接上法兰；2-转接下法兰；3-扭柱；4-薄膜敏感元件；5-通孔；31-弧形凹槽；41-绝缘层；42-应变敏感电阻；43-焊盘；44-保护层。具体实施方式如图1、2、3、4所示，本技术的基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，包括转接上法兰1，转接下法兰2，连接在所述转接上法兰1与转接下法兰2之间的扭柱3组成。所述扭柱3是一种金属材料加工而成的方形柱。为了增加传感器的灵敏度，所述扭柱3的二个相对平行面上制造有相通的弧形凹槽31。弧形凹槽31的大小因传感器的量程大小而定。所述扭柱3的另二个相对平行面采用溅射薄膜技术制造二个薄膜敏感元件4。制造方法是将扭柱3的需要制造薄膜敏感元件4的平行表面研磨抛光，采用溅射薄膜技术在平整表面上依次制备多层薄膜，通过光刻技术，形成绝缘层41、应变敏感电阻42、焊盘43、保护层44。所述应变敏感电阻42是一种合金薄膜电阻。所述扭柱3上的相对平行面上的二个薄膜敏感元件4的图形是镜像对称分布的。所述转接上法兰1和转接下法兰2分别连接电机轴和负载。所述转接上法兰1和转接下法兰2的大小、形状可根据实际情况进行调整变化。所述转接上法兰1和转接下法兰2上均开有多个通孔5，可以通过线缆。所述扭柱3固接在所述转接上法兰1和转接下法兰2之间。将所述四个应变敏感电阻42组成惠斯通电桥电路，当所述转接上法兰1与转接下法兰2扭动时，所述扭柱3受到扭力作用并传递到所述应变敏感电阻42，所述应变敏感电阻42阻值发生变化，惠斯通电桥电路失出平衡，输出与扭矩大小成比例的电信号，该电信号利用现有公知技术向外输出。本技术利用溅射薄膜技术，将敏感元件直接制备在弹性轴上，组成惠斯通电桥电路。克服了现有弹性轴上粘贴应变片的传统技术的缺点，使得传感器的迟滞误差、重复性误差、温度漂移误差大大减小，传感器测量精度得到提高。另外，由于制作过程中不使用有机胶，传感器的耐温和长时间稳定工作性能更好，能在更加严苛的环境中长期使用。同时所述扭柱3加工有弧形凹槽31，可有效提高传感器的灵敏度。这种制造方法结构简单、加工容易，生产效率高。以上所述，仅是本技术的较佳实施方式，不应被视为对本技术范围的限制，而且本技术所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本技术所披露的
技术实现思路
，可轻易思及的等效变化，均应落入本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，包括转接上法兰(1)，转接下法兰(2)，连接在所述转接上法兰(1)与转接下法兰(2)之间的扭柱(3)组成，其特征在于：所述扭柱(3)是二个相对的平行面分别采用溅射薄膜技术制造有包含应变敏感电阻(42)的薄膜敏感元件(4)、另二个相对的平行面加工有弧形凹槽(31)的金属柱；所述薄膜敏感元件(4)含有二个所述应变敏感电阻(42)，将所述四个应变敏感电阻(42)组成惠斯通电桥电路，当所述转接上法兰(1)与转接下法兰(2)扭动时，所述扭柱(3)受到扭力作用并传递到所述应变敏感电阻(42)，所述应变敏感电阻(42)阻值发生变化，惠斯通电桥电路失出平衡，通过测量所述惠斯通电桥电路的输出信号可得到相应的扭矩值大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于溅射薄膜技术的高性能扭矩传感器，包括转接上法兰(1)，转接下法兰(2)，连接在所述转接上法兰(1)与转接下法兰(2)之间的扭柱(3)组成，其特征在于：所述扭柱(3)是二个相对的平行面分别采用溅射薄膜技术制造有包含应变敏感电阻(42)的薄膜敏感元件(4)、另二个相对的平行面加工有弧形凹槽(31)的金属柱；所述薄膜敏感元件(4)含有二个所述应变敏感电阻(42)，将所述四个应变敏感电阻(42)组成惠斯通电桥电路，当所述转接上法兰(1)与转接下法兰(2)扭动时，所述扭柱(3)受到扭力作用并传递到所述应变敏感电阻(42)，所述应变敏感...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷卫武，曾朋辉，
申请(专利权)人：北京中航兴盛测控技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11