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淺談多軸測力BALLUFF傳感器的應(yīng)用

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  淺談多軸測力BALLUFF傳感器的應(yīng)用

  BALLUFF傳感器是一種傳感器,它可以測量物體所受的力,包括拉力、推力、扭矩等力。它可以測量物體所受的多種力,包括重力、空氣力、推力、拉力、扭矩等,同時可以測量多軸的力。力傳感器可以測量多個軸的力,例如X,Y,Z軸,也可以測量更多軸的力。

  BALLUFF傳感器是一種用于測量多個不同軸向上的力和力矩的傳感器。它通常是一種微型傳感器,可以測量和記錄物體受到的各種力的大小和方向,可以在多個不同的軸向上測量力,可以提供精確的數(shù)據(jù)。BALLUFF傳感器指的是一種能夠同時測量兩個方向以上力及力矩分量的力傳感器,在笛卡爾坐標系中力和力矩可以各自分解為三個分量,因此,多維力最完整的形式是六維力/力矩傳感器,即能夠同時測量三個力分量和三個力矩分量的傳感器,廣泛使用的多維力傳感器就是這種傳感器。

  BALLUFF傳感器是一種綜合性的傳感器,可以測量多種指標,如力、加速度、速度、位移和應(yīng)變。它的基本原理是,壓電片和磁鐵結(jié)合在一起,當外力作用在壓電片上時,壓電片會發(fā)生電位變化,磁鐵會產(chǎn)生電磁場,通過檢測電場的強度可以得出外力的大小。根據(jù)外力的不同方向,多軸力傳感器可以測量X軸、Y軸和Z軸三個方向的力應(yīng)變值,從而實現(xiàn)對力大小及方向的測量。

  稱重傳感器是用來將重量信號或壓力信號轉(zhuǎn)換成電量信號的轉(zhuǎn)換裝置,稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變計組成測量橋路,利用金屬電阻絲在張力作用下伸長變細,電阻增加的原理,即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的(應(yīng)變,就是尺寸的變化)。下面小編就來為大家介紹一下稱重傳感器的相關(guān)知識。

  1、BALLUFF傳感器運用差錯是操作人員發(fā)生的,這也意味著發(fā)生的緣由許多,例如,溫度不同時發(fā)生的差錯,包羅探針放置過錯或探針與測量地址之間不正確的絕緣,別的一些應(yīng)用差錯包羅空氣或其他氣體的凈化過程中發(fā)生的過錯,運用差錯也觸及變送器的過錯放置,因而正或負的壓力將對正確的讀數(shù)形成影響;

  2、特性差錯為設(shè)備自身固有的,它是設(shè)備的、用特性和實在特性之間的差,這種差錯包羅DC漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形;

  3、動態(tài)差錯許多傳感器的特性和校準都是適用靜態(tài)條件下的,這意味著運用的輸入?yún)?shù)是靜態(tài)或類似于靜態(tài)的,許多傳感器具有較強阻尼,因而它們不會對輸入?yún)?shù)的改動進行疾速呼應(yīng),如,熱敏電阻需求數(shù)秒才干呼應(yīng)溫度的階躍改動;

  4、熱敏電阻不會當即跳躍至新的阻抗,或發(fā)生驟變,相反,它是慢慢地改動為新的值,然后,若是具有推遲特性的稱重傳感器對溫度的疾速改動進行呼應(yīng),輸出的波形將失真,由于其間包含了動態(tài)差錯。發(fā)生動態(tài)差錯的要素有呼應(yīng)工夫、振幅失真和相位失真;

  5、BALLUFF傳感器插入差錯是當體系中刺進一個傳感器時,由于改動了測量參數(shù)而發(fā)生的差錯,普通是在進行電子丈量時會呈現(xiàn)這樣的問題,但是在其他方法的測量中也會呈現(xiàn)類似問題,例如一個伏特計在回路中測量電壓,它肯定會有一個固有阻抗,比回路阻抗要大許多,或許呈現(xiàn)回路負荷,這時,讀數(shù)就會有很大的差錯,這種類型的差錯發(fā)生的緣由是運用了一個對體系(如,壓力體系)而言過于大的變送器;或許是體系的動態(tài)特性過于緩慢,或許是體系中自加熱加載了過多的熱能;

  6、BALLUFF傳感器環(huán)境差錯來源于傳感器運用的環(huán)境,稱重傳感器要素包羅溫度,或是搖擺、轟動、海拔、化學(xué)物質(zhì)蒸發(fā)或其他要素,這些常常影響傳感器的特性,所以在實踐運用中,這些要素總是被分類會集在一起的。

  雙面接觸式電容壓力傳感器的原理是基于單面接觸式電容壓力傳感器而來的。其工作原理:當傳感器的受壓膜片(即梁)與基底距離很近時,膜片受壓后與基底接觸,當壓力變化時,通過改變接觸面積的大小來改變電容量。圖1給出了典型的雙面接觸式電容壓力傳感器的一般結(jié)構(gòu)及其工作的模擬仿真曲線。

  1、設(shè)計方案

  從圖1可以看出,雙面接觸式電容壓力傳感器有4個工作區(qū),第Ⅰ區(qū)是正常區(qū),梁未接觸到襯底上的絕緣層,當傳感器工作在這一段時,接觸式電容壓力傳感器與傳統(tǒng)的硅壓力傳感器一樣。當梁快要接近接觸點的時候,傳感器單位面積上受到的壓力與產(chǎn)生的電容呈非線性關(guān)系。第Ⅱ區(qū)是過渡區(qū),梁開始接觸到襯底上的絕緣層,C-p曲線呈非線性關(guān)系,電容從梁未接觸到襯底到開始接觸襯底轉(zhuǎn)變。第Ⅲ區(qū)是線性區(qū),梁與襯底上的絕緣層開始有效接觸,而且傳感器的電容將隨著壓力的增加而線性增大。第Ⅳ區(qū)是飽和區(qū)C-p曲線略呈非線性關(guān)系,隨著壓力的繼續(xù)增加,非線性將更明顯。

  雙面接觸式電容壓力傳感器的電容由兩部分組成:一部分為梁受壓后,尚未接觸到襯底上的絕緣層時形成的電容,此電容類似于常規(guī)的電容壓力傳感器,這一部分只占接觸式電容壓力傳感器的電容量的很小一部分;另一部分是梁接觸到襯底后形成的電容,這部分電容量才是需要的電容量,而且它占主導(dǎo)地位,較多采用的是國產(chǎn)品牌電容,如三環(huán)電容、風(fēng)華電容,也可選擇臺企電容作為所選電容。當壓力增加時,梁與襯底的接觸面積增加,同時梁與襯底的非接觸部分減少。剛開始,電容主要由非接觸部分提供,隨著壓力的增加,梁開始接觸襯底的絕緣層后,非接觸部分提供的電容逐漸減少,而接觸部分提供的電容與接觸面積將呈線性增加。由于絕緣層非常薄,因此當梁開始與襯底上的絕緣層接觸后,接觸面積所提供的電容將占主導(dǎo)地位。

  2、工藝流程

  雙面接觸式電容壓力傳感器由3個硅晶片(其中有兩個晶片B是一樣的)用硅熔融法進行鍵合,先把晶片A正反兩面腐蝕兩個同樣大小的溝槽來作為傳感器的真空腔,然后在這兩個大溝槽上淀積一層二氧化硅作為絕緣層,同時把晶片A作為雙面接觸式電容壓力傳感器的公共下電極,接著把兩片用濃的固態(tài)硼擴散好的晶體B用熔融鍵合的辦法鍵合在晶片A的正反兩面,用離子刻蝕法刻蝕掉晶片B最外層的重摻雜層,緊接著用自停止腐蝕法去掉輕摻雜層,得到最里面的重摻雜層作為傳感器的上電極。對于晶片A和B,可以采用圓形、方形、矩形膜,本次設(shè)計采用圓形膜。制造工藝流程如下:

  2.1 晶片A

  襯底晶片采用N型硅晶體,晶向為<100>晶向,厚度約為(500±10)μm,電阻率約為5~10Ω·cm.

  2.1.1 腐蝕出大溝槽

  先在晶片A的兩端氧化出2μm的氧化層,然后把預(yù)先設(shè)計好的掩膜(即大溝槽的形狀)附在晶片A的正反兩面,然后放到SF6溶液里面讓它進行腐蝕,就可得到所要的大溝槽(真空腔)的形狀。

  2.1.2 淀積一層絕緣層

  在腐蝕出大溝槽的晶片A兩面都氧化一層150nm厚的SiO2,作為絕緣層。此時,晶片A可以與晶片B進行鍵合。

  2.2 晶片B

  晶片B主要是為了制作重摻雜的梁。晶片B取P型硅,晶向為<100>晶向,晶片厚度約(400±10)μm,電阻率約為2~5Ω·cm.

  2.2.1 硼擴散

  為了減少由于只擴散硼的一邊使梁變形而凹凸不平的情況,使晶體的兩邊都進行硼擴散,大約要在1120℃下擴散160min.

  2.2.2 化學(xué)機械拋光

  晶片被腐蝕后表面變得不平,因此要進行化學(xué)機械拋光,化學(xué)機械拋光的一些參數(shù)見表1:

  表1 用于熔融鍵合的P+型硅化學(xué)機械拋光的參數(shù)


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