一种纳米薄膜应变片、轮辐力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米薄膜应变片、轮辐力传感器及其制备方法，属于传感器技术领域；该应变片由下至上包括以下各层：钢片，钢片表面设有过渡层；过渡层表面设有绝缘层；绝缘层的部分表面设有应变层；绝缘层的剩余部分表面设有保护层；应变层的部分表面设有焊盘；应变层的剩余部分表面设有保护层；应变层由NiCrAlFeMnNbSi层和NiCr层组成。本发明专利技术通过对NiCrAlFeMnNbSi层中各组成元素进行调整，从而制得了稳定性能好的纳米薄膜应变片。制得了稳定性能好的纳米薄膜应变片。制得了稳定性能好的纳米薄膜应变片。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米薄膜应变片、轮辐力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体是一种纳米薄膜应变片、轮辐力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]轮辐式拉压力传感器，采用十字剪切梁结构，具有良好的自然线性、抗偏载能力强、精度高、外形高度低、安装方便稳定，在料斗称、汽车衡、轨道衡等电子称中广泛应用，在各种工业称重系统中做力的分析与测量。
[0003]相关技术中的轮辐力传感器的结构大多为弹性体内部镂空，加工出轮辐条，在轮辐条侧面粘贴应变片。由于应变片为侧面粘贴方式，导致上述轮辐力传感器存在如下缺点：1、粘胶易老化，长时间使用可能会导致应变片松动或脱落，影响测量。
[0004]2、粘胶和封胶随着使用时间的延长，会存在老化的问题，导致传感器长期稳定性差。
[0005]3、在加工过程中，贴片后需要施加一定的力，使胶水固化；而由于传感器的内部空间狭小，贴片困难较大，且工艺精度和稳定性较差，在大规模生产过程中难以保证批量质量，精度较低。
[0006]4、在长期震动的环境，容易造成精度下降，甚至失效。
[0007]5、在测试过程中，弹性体通过胶水将外界变化传递到应变电阻丝，而胶水传递信号的能力较差，造成准确性较差。
[0008]综上所述，在弹性体上安装粘贴应变片检测力值的结构，受材料一致性、环境温湿度变化、粘胶厚度、粘胶类型、设备强烈震动等诸多因素影响，导致产品的精度、重复性差、故障率高。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种纳米薄膜应变片，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
[0010]本专利技术还提供了一种轮辐力传感器。
[0011]本专利技术还提供了上述轮辐力传感器的制备方法。
[0012]具体如下，本专利技术第一方面公开了一种纳米薄膜应变片，由下至上包括以下各层：钢片，所述钢片表面设有过渡层；所述过渡层表面设有绝缘层；所述绝缘层的部分表面设有应变层；所述绝缘层的剩余部分表面设有保护层；所述应变层的部分表面设有焊盘；所述应变层的剩余部分表面设有保护层；所述应变层由NiCr层和NiCrAlFeMnNbSi层组成；
所述NiCr层与所述绝缘层相接触；所述NiCrAlFeMnNbSi层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~75%、Cr 12%~15%、Al 4%~5%、Fe 2%~3%、Mn 2%~3%、Nb 5%~7%和Si 0.5%~0.8%。
[0013]根据本专利技术纳米薄膜应变片技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：本专利技术中应变层由NiCr层和NiCrAlFeMnNbSi层组成；NiCrAlFeMnNbSi层中含有Cr元素和Al元素，两者与氧作用形成完整致密的Cr2O3和Al2O3保护膜，有利于提升应变层的抗氧化性能；Nb元素具有一定的抗氧化能力，有利于进一步提升应变层的抗氧化性能，从而进一步提升应变层的稳定性；适量的Fe元素有利于降低应变层的成本及提升应变层的结构稳定性。本专利技术通过对NiCrAlFeMnNbSi层中各组成元素进行调整，从而制得了稳定性能好的纳米薄膜应变片。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述过渡层为氧化铌层。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述氧化铌层（五氧化二铌层）的厚度为100nm~800nm。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述氧化铌层（五氧化二铌层）的厚度为400nm~600nm。
[0017]本专利技术的氧化铌过渡层，利用氧化铌来缓解绝缘层和钢片之间的失配导致的应力，从而提升钢片与绝缘层之间的结合强度；从而提升纳米薄膜复合应变片的稳定性和寿命。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCr层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~80%和Cr 20%~30%。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCr层由以下重量分数的元素组成：Ni 75%~80%和Cr 20%~25%。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCr层的厚度为100nm~200nm。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述钢片的厚度在0.5mm以下。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCrAlFeMnNbSi层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~75%、Cr 13%~15%、Al 4%~5%、Fe 2%~3%、Mn 2%~3%、Nb 5%~7%和Si 0.5%~0.8%。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCrAlFeMnNbSi层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~75%、Cr 13%~15%、Al 4%~5%、Fe 2.5%~3%、Mn 2%~3%、Nb 5%~7%和Si 0.5%~0.8%。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCrAlFeMnNbSi层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~75%、Cr 13%~15%、Al 4%~5%、Fe 2.5%~3%、Mn 2%~3%、Nb 5%~6%和Si 0.5%~0.8%。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述NiCrAlFeMnNbSi层的厚度为100nm~200nm。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述保护层由氧化铝层和二氧化硅层组成。
[0027]该层的厚度过薄，则会导致应力的不能充分缓解，从而影响到传感器稳定性；而厚度过厚，则会导致传感器中膜层厚度的增加，从而限制传感器的应用场景。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述绝缘层为二氧化硅层。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述绝缘层的厚度为2.5μm～3μm。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述保护层由氧化铝层和二氧化硅层组成。
[0031]本专利技术中保护层采用复合防护层。利用其层之间的界面势垒阻断单层保护层的氧离子渗透通道，进而增强保护层的抗氧化能力。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述氧化铝层的厚度为100nm~300nm。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述二氧化硅层的厚度为200nm~400nm。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述焊盘为金焊盘。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述焊盘的厚度为500nm~1500nm。
[0036]本专利技术第二方面提供了一种轮辐力传感器，包括上述的纳米薄膜应变片。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述轮辐力传感器还包括弹性体；所述纳米薄膜应变片设置于所述弹性体表面；所述纳米薄膜应变片的数目为4个以上。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米薄膜应变片设置于所述弹性体的应力最大区域。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米薄膜应变片的数目为4个。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米薄膜应变片均匀分布在所述弹性体表面。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米薄膜应变片，其特征在于，由下至上包括以下各层：钢片，所述钢片表面设有过渡层；所述过渡层表面设有绝缘层；所述绝缘层的部分表面设有应变层；所述绝缘层的剩余部分表面设有保护层；所述应变层的部分表面设有焊盘；所述应变层的剩余部分表面设有保护层；所述应变层由NiCr层和NiCrAlFeMnNbSi层组成；所述NiCr层与所述绝缘层相接触；所述NiCrAlFeMnNbSi层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~75%、Cr 12%~15%、Al 4%~5%、Fe 2%~3%、Mn 2%~3%、Nb 5%~7%和Si 0.5%~0.8%。2.根据权利要求1所述的纳米薄膜应变片，其特征在于，所述过渡层为氧化铌层。3.根据权利要求1所述的纳米薄膜应变片，其特征在于，所述NiCr层由以下重量分数的元素组成：Ni 70%~80%和Cr 20%~30%。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐运军，
申请(专利权)人：松诺盟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：