压阻传感器和用于压阻传感器的压敏元件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于压阻传感器的压敏元件和具有其的压阻传感器，压敏元件包括：导线层；压力敏感层，所述压力敏感层覆盖在所述导线层的上表面的至少一部分上，所述压力敏感层被构造为所述压力敏感层的比电阻由上到下梯度减小或增大。根据本发明专利技术实施例的压敏元件可以对较大范围的压力进行响应，使传感器对压力检测的范围更广，检测的准确性更高。

【技术实现步骤摘要】
压阻传感器和用于压阻传感器的压敏元件
本专利技术涉及传感器
，更具体地，涉及一种用于压阻传感器的压敏元件和具有该压敏元件的压阻传感器。
技术介绍
压力传感器按照材料可以分为基于压电材料的压电传感器以及基于压阻材料的压阻传感器。由压电陶瓷、压电晶体、压电驻极体以及有机压电薄膜等为敏感元件制作而成的压电传感器在承受压力时在材料表面产生可转移的电荷，电荷经过检测设备时的电压可以直接反应压力的大小。以合金敏感栅、半导体等材料为敏感元件的压阻传感器在受压时产生形变，形变造成敏感元件的电阻发生变化，通过惠斯通电桥检测敏感原件电阻的变化就可以检测出施加在压敏传感器上的压力大小。近年来，基于宏观量子隧道效应的压阻敏感材料(压敏材料)越发成熟，基于此类压敏材料的压力传感器也得到了广泛的开发与应用。此类压敏材料一般是在绝缘的树脂、橡胶中参入一定量的导电或者半导体纳米至微米级粒子而成。当受压时，材料中的导电粒子之间距离缩减，距离缩减到一定程度时，导电粒子之间由于量子隧道效应就可以发生电荷的转移，即宏观上的导电。施加在传感器上压力的大小可以通过检测传感器电阻的大小而获得。以上各种压力传感器均存在各自的缺点。例如，压电式传感器只适于动态量测量，力作用在压电传感器上产生的微弱电荷会由自身泄漏掉，只有动态力作用下，电荷才能补充。压阻传感器需要与被测体粘结，而且粘结选材以及过程对传感器都有着很大的影响。具有压敏材料的传感器测定压力的误差会达到20％左右，测量准确度较差。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识作出的：对于采用压敏材料的传感器而言，传感器电阻随压力的变化并不是线性关系，而是满足如下关系：随着压力的增加，阻值先是快速下降，之后又缓慢下降。这使得压力达到传感器检测上限附近时无法准确评估压力水平。如果为了达到测量的目的，必须选用量程较大的传感器，但此时又会有无法准确检测出小压力值的问题出现。其中，初始的电阻随压力增加的快速下降主要是由于上层导线层/压阻敏感层与下层压敏层的接触面积快速增大所导致的。有鉴于此，本申请的专利技术人设计了一种新结构的压阻传感器，该压阻传感器在一定压力范围内的阻值随压力的变化较为平缓，基本呈线性关系，并且在极小压力下也有很好的响应，使检测准确性提高。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提出了一种用于压阻传感器的压敏元件，所述压敏元件可以对范围更大的压力进行响应，提高传感器检测的准确性。本专利技术还提出了一种具有上述压敏元件的压阻传感器。根据本专利技术第一方面实施例的用于压阻传感器的压敏元件，包括：导线层；压力敏感层，所述压力敏感层覆盖在所述导线层的上表面的至少一部分上，所述压力敏感层被构造为所述压敏敏感层的比电阻由上到下梯度减小或增大。根据本专利技术实施例的压敏元件可以对较大范围的压力进行响应，使传感器对压力检测的范围更广，检测的准确性更高。另外，根据本专利技术上述实施例的压敏元件还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一些实施例，所述压力敏感层包括聚合物梯度层，所述聚合物梯度层内分布有导电粒子，其中，所述聚合物梯度层的弹性模量与所述导电粒子在所述聚合物层中的分布浓度中的至少一个由上到下形成有梯度。根据本专利技术的一些实施例，所述聚合物梯度层包括从上到下层叠设置的多个聚合物层，每个所述聚合物层的弹性模量和导电粒子的分布浓度由上到下相同且任意一个所述聚合物层的弹性模量和导电粒子的分布浓度中的至少一个与其它所述聚合物层的不同。根据本专利技术的一些实施例，所述压力敏感层包括两个层叠设置的聚合物层，两个所述聚合物层的材质相同且两个所述聚合物层中的导电粒子以及导电粒子的分布浓度相同，两个所述聚合物层中的其中一个所述子聚合物层中还分布有导电物质或绝缘物质。根据本专利技术的一些实施例，所述聚合物层为硅基聚合物层或者碳基聚合物层。根据本专利技术的一些实施例，多个所述导电粒子包括金属导电粒子、非金属导电粒子和金属氧化物导电粒子中的至少一种，所述导电粒子的粒径为10nm-1mm。根据本专利技术实施例的压阻传感器，包括：下绝缘层；上绝缘层，所述上绝缘层设在所述下绝缘层上方且与所述下绝缘层间隔开；间隔层，所述间隔层连接在所述下绝缘层与所述上绝缘层之间且与所述下绝缘层以及所述上绝缘层配合限定出安装腔；下导线层，所述下导线层设在所述下绝缘层的上表面的至少一部分上；第一压敏层，所述第一压敏层设在所述安装腔内且与所述上绝缘层间隔开形成有间隙，所述第一压敏层为根据权利要求1-7中任一项所述的压敏元件，所述导线层形成为所述下导线层。根据本专利技术的一些实施例，压阻传感器还包括：导电层，所述导电层位于所述安装腔内且设在第一压敏层与所述上绝缘层之间，所述导电层包括多个导电部，多个所述导电部在水平方向上嵌套设置且相邻的两个所述导电部之间间隔开。根据本专利技术的一些实施例，多个所述导电部形成为多个同心环，在沿所述同心环的径向上，多个所述同心环的径向宽度从内向外依次增大。根据本专利技术的一些实施例，压阻传感器还包括：上导线层，所述上导线层设在所述安装腔内且覆盖在所述上绝缘层的下表面上，所述导电部设在所述上导线层与所述第一压敏层之间且与所述上导线层和所述第一压敏层的至少一个间隔开。根据本专利技术的一些实施例，压阻传感器还包括：第二压敏层，所述第二压敏层形成为倒置的所述压敏元件，所述第二压敏层位于所述安装腔内且设在所述上绝缘层的下表面上，所述导电部设在所述第一压敏层和所述第二压敏层之间且与所述第一压敏层和所述第二压敏层的至少一个间隔开。根据本专利技术的一些实施例，压阻传感器还包括：上导线层或第二压敏层，所述导电部包括两个，两个所述导电部在上下方向上间隔开设置，两个所述导电部分别设在所述上导线层和所述第二压敏层上。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的用于压阻传感器的压敏元件的结构示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的用于压阻传感器的压敏元件的结构示意图；图3是根据本专利技术再一个实施例的用于压阻传感器的压敏元件的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的压阻传感器的结构示意图；图5是根据本专利技术实施例的压阻传感器的导电层的结构示意图。附图标记：压阻传感器100；下绝缘层11；上绝缘层12；间隔层20；压敏元件30；聚合物梯度层31；聚合物层311；导线层32；导电粒子33；下导线层41；上导线层42；导电层50；安装腔101。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图详细描述根据本专利技术实施例的用于压阻传感器100的压敏元件30。参照图1至图5所示，根据本专利技术实施例的用于压阻传感器100的压敏元件30可以包括导线层32和压力敏感层。压力敏感层可以覆盖在导线层32的上表面的至少一部分上。其中，压力敏感层被构造为如下结构：压力敏感层的比电阻由上到下梯度减小或增大。这里，需要说明的是，在本申请中，“比电阻”指的是在单位压力下电阻的阻值变化量。比电阻越大，压力敏感层在受压时的电阻的阻值变化越大，比电阻越小，压力敏感层在受压时的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压阻传感器的压敏元件，其特征在于，包括：导线层；压力敏感层，所述压力敏感层覆盖在所述导线层的上表面的至少一部分上，所述压力敏感层被构造为所述压力敏感层的比电阻由上到下梯度减小或增大。

【技术特征摘要】
1.一种用于压阻传感器的压敏元件，其特征在于，包括：导线层；压力敏感层，所述压力敏感层覆盖在所述导线层的上表面的至少一部分上，所述压力敏感层被构造为所述压力敏感层的比电阻由上到下梯度减小或增大。2.根据权利要求1所述的压敏元件，其特征在于，所述压力敏感层包括聚合物梯度层，所述聚合物梯度层内分布有导电粒子，其中，所述聚合物梯度层的弹性模量与所述导电粒子在所述聚合物层中的分布浓度中的至少一个由上到下形成有梯度。3.根据权利要求2所述的压敏元件，其特征在于，所述聚合物梯度层包括从上到下层叠设置的多个聚合物层，每个所述聚合物层的弹性模量和导电粒子的分布浓度由上到下相同且任意一个所述聚合物层的弹性模量和导电粒子的分布浓度中的至少一个与其它所述聚合物层的不同。4.根据权利要求1所述的压敏元件，其特征在于，所述压力敏感层包括两个层叠设置的聚合物层，两个所述聚合物层的材质相同且两个所述聚合物层中的导电粒子的种类和分布浓度相同，两个所述聚合物层中的其中一个所述聚合物层中还分布有导电物质或绝缘物质。5.根据权利要求3或4所述的压敏元件，其特征在于，所述聚合物层为硅基聚合物层或者碳基聚合物层。6.根据权利要求2所述的压敏元件，其特征在于，多个所述导电粒子包括金属导电粒子、非金属导电粒子和金属氧化物导电粒子中的至少一种，所述导电粒子的粒径为10nm-1mm。7.一种压阻传感器，其特征在于，包括：下绝缘层；上绝缘层，所述上绝缘层设在所述下绝缘层上方且与所述下绝缘层间隔开；间隔层，所述间隔层连接在所述下绝缘层与所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪宇阳，唐彬，孟锴，钭忠尚，许鹏，徐觅，
申请(专利权)人：南昌欧菲光科技有限公司，深圳欧菲光科技股份有限公司，苏州欧菲光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36