基于MEMS芯体的质量传感器的防过载结构的制作方法

基于mems芯体的质量传感器的防过载结构
技术领域
1.本实用新型涉及称重传感器技术领域，特别是涉及一种基于mems芯体的质量传感器的防过载结构。


背景技术：

2.在现有技术中，质量传感器往往使用在汽车地磅称重和工件生产称量工序，由于所称物体的质量往往较大，因此反复称量过程中非常容易出现的疲劳和过载现象；从而影响到了称量的准确度，并且现有技术中，多采用波纹片和储油腔的配合作用来讲质量转换成压力，再由压力引起内部油腔体积变化，从而测量油压变化引起的电信号变化，最后测量出被称物体的重量；但是，此种方式由波纹片作为核心部件，在长期使用后容易发生蠕变和疲劳，导致测量不准；同时并没有设置防过载设施，对于被称物体超过称量极限时，容易超过弹性极限导致整个传感器报废。因此传感器的防过载结构非常重要，而专利号为201921807361.1的文件公开了一种称重传感器及其过载保护机构，通过固定支架、弹性体和防过载框的组合装配形成过载间隙，以达到良好的抗外界冲击能力；但还是存在正常测量过程受力不均匀导致的测量不精准问题，并且防过载结构刚度较低。


技术实现要素：

3.为了解决现有问题，本实用新型采用由形变部、承载部形成的密封油腔作为测量基础，配合压力传感器识别油压变化得到重量数据；其中，在上盖设置有突出于平面的受力点，以形成均匀受力，使得发生形变过程是先由中心向四周均匀扩散，形成高刚度防过载结构。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于mems芯体的质量传感器的防过载结构，包括形变部、承载部和mems传感器，形变部和承载部扣合形成有密封腔，密封腔用于填充液体；mems传感器与密封腔连通并检测液体压力变化；其中，形变部远离承载部的表面部分向外凸出形成受力部，当受力部承载压力，形变部向承载部一侧靠近至抵持时，形变部停止变形。
5.作为优选，形变部包括形变板、及包裹形变板侧壁的抵接边框；承载部包括与抵接边框紧密结合的承载边框，以及与形变板对应设置的承载板，承载板与形变板间隙设置以形成密封腔；mems传感器贯穿抵接边框和/或承载边框与密封腔连通；其中，受力部位于形变板的中心位置。
6.作为优选，形变板与承载板为轴对称结构，受力部的中心轴与形变板的中心轴同轴。
7.作为优选，形变板靠近承载板的表面部分向密封腔内突出形成凸台，凸台与承载板的间距小于形变板与承载板的间距。
8.作为优选，形变板远离承载板的上表面与抵接边框远离承载板的上端面不共面，且形变板和抵持边框形成沉槽结构，受力部位于沉槽的中心位置。
9.作为优选，形变板的厚度自抵持边框向受力部逐渐减小/增大。
10.作为优选，承载板的上表面向远离变形板的一侧凹陷，以与变形板形成密封腔。
11.作为优选，形变板的下表面向远离承载板的一侧凹陷，以与承载板形成密封腔。
12.作为优选，受力部远离变形板一侧的表面为弧面。
13.作为优选，形变板、抵持边框和受力部为一体成型结构；承载板和承载边框为一体成型结构。
14.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种基于mems芯体的质量传感器的防过载结构，包括形变部、承载部和mems传感器，形变部和承载部扣合形成有密封腔，密封腔用于填充液体；mems传感器与密封腔连通并检测液体压力变化；其中，形变部远离承载部的表面部分向外凸出形成受力部，当受力部承载压力，形变部向承载部一侧靠近至抵持时，形变部停止变形；通过密封腔的小腔体大面积式设计，能够充分的提高测量灵敏度，而通过向外突出的受力部来承载重力，以使得形变部的形变是以受力部为中心向四周逐渐扩散的，当形变部与承载部抵持时即可以形成第一级的防过载结构，而围合成密封腔的其它部分是紧密贴合并与受力部相距最远的，能够使得整个结构刚性非常高，并形成了第二级的防过载结构。
附图说明
15.图1为本实用新型的立体图；
16.图2为本实用新型的爆炸图；
17.图3为本实用新型的剖视图；
18.图4为本实用新型的局部放大图。
19.主要元件符号说明如下：
20.1、形变部；11、受力部；12、变形板；13、抵持边框；14、凸台；15、沉槽；
21.2、承载部；21、承载板；22、承载边框；
22.3、mems传感器；
23.4、密封腔。
具体实施方式
24.为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
25.在下文描述中，给出了普选实例细节以便提供对本实用新型更为深入的理解。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解所述具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件或它们的组合。
27.在现有技术中，多采用波纹片作为弹性敏感元件来制造质量传感器，但是波纹片引起的油压变化非常的不灵敏，而且在测量过程需要波纹片在反复产生形变，而这种形变容易造成其自身的疲劳损伤和蠕变，以至于测量精度越来越低，并且在发生过载测量时，波纹片往往直接被挤压而超过弹性极限，以造成不可恢复的变形，因此防过载结构和测量精
度如何并存是一个非常关键的问题。
28.本实用新型提供一种基于mems芯体的质量传感器的防过载结构，请参阅图1
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图4；包括形变部1、承载部2和mems传感器3，形变部1和承载部2扣合形成有密封腔4，密封腔4用于填充液体，在生产时在密封腔内灌入油而不留气泡；mems传感器3与密封腔连通并检测液体压力变化；其中，形变部1远离承载部2的表面部分向外凸出形成受力部11，当受力部承载压力，形变部1向承载部2一侧靠近至抵持时，形变部停止变形。mems传感器可以是微电子电压测量传感、也可以是电阻测量传感，其主要目的是标定液体压力变化带来的信号变化，从而在后续过程中转换成数字信号进行质量的标定；当然，此处的mems传感器并不会对密封腔的密封性带来影响，因为其采用螺纹连接打上密封胶的形式保证了内部的气密性；在内部为高气密性的全油环境下，形变部的受力点由通常的整个面受力转变为受力部单点受力，而且形变部和承载部呈扣合、但留有空腔的形式，那么单点受力是最先发生形变的区域，从而挤压密封腔内的液体导致内部油压发生变化，在受力部持续受力的过程中，压力会逐渐从受力部向四周扩散，直至形变部和承载部扣合部分为最小，那么在重量过载时，受力部旁的部位也会发生微小形变向承载部靠近，直到相抵接时停止，以形成防过载结构；因此该防过载结构很大程度也取决于密封腔的高度，由于采用了大面积低高度的设计，其测量精度也可以达到很高，而高度优选在3mm
‑
5mm；在此范围内，大部分金属均可做到弹性变形。
29.在本实施例中，形变部1包括形变板12、及包裹形变板侧壁的抵接边框13；更优化的是一体成型方案；承载部2包括与抵接边框紧密结合的承载边框22，以及与形变板对应设置的承载板21，承载板21与形变板12间隙设置以形成密封腔；mems传感器3贯穿抵接边框和/或承载边框与密封腔连通，因为抵接边框和承载边框扣合，并且会进行焊接保证结构刚度，因此mems传感器需要在焊接后打孔置入；其中，受力部11位于形变板12的中心位置，以使得受力部在持续受力时，压力均匀的向四周传递，结构刚度高，测试灵敏。
30.作为更优选的方案，形变板12与承载板21为轴对称结构，受力部的中心轴与形变板的中心轴同轴。因此形成的密封腔也是轴对称结构腔体，使得压力能够更加均匀的向四周扩散，以达到优良的防过载效果。而作为力传递最为均匀的结构，当属圆盘结构。
31.在本实施例中，形变板12靠近承载板21的表面部分向密封腔内突出形成凸台14，凸台14与承载板的间距小于形变板与承载板的间距。因此在正常测量时，凸台会首先向承载板靠近以引起腔内液体变化，在过载时，凸台抵接承载板，以形成第一级防过载。
32.在本实施例中，形变板12远离承载板21的上表面与抵接边框远离承载板的上端面不共面，且形变板和抵持边框形成沉槽结构，受力部位于沉槽15的中心位置。如果形变板和承载板的上表面为同一平面，那么形变板形成的是面结构在承载过载的重力，因此效果并不是最优良的，且抵持边框需要起到整体结构的稳定作用，因此不共面时是最为优良的防过载设计，作为优选，形变板的厚度自抵持边框向受力部逐渐减小/增大。使得过载引起的形变只在形变板发生，保证整体结构的刚性。
33.在本实施例中，承载板21的上表面向远离变形板的一侧凹陷，以与变形板形成密封腔。亦或者是，形变板12的下表面向远离承载板21的一侧凹陷，以与承载板形成密封腔。以保证整体结构的结构稳定性。
34.在本实施例中，受力部11远离变形板一侧的表面为弧面；使得重力更加集中。
35.本方案在制备时，先将形成密封腔的凹陷一体成型好，再进行打磨达到镜面光滑
度；然后将承载部和变形板扣合后，对承载边框和抵持边框的连接缝进行焊接，再从侧壁打出一个注油孔和放置mems传感器的孔位，置入mems传感器后，通过密封胶将mems传感器和边框的缝隙密封，然后再整体放入油中，通过抽真空的方式从注油孔注入油，然后在注油孔打入过盈配合的滚珠，形成密封腔，最后进行焊接密封，保证了密封腔无气泡和热稳定性。
36.本实用新型的技术效果有：
37.通过密封腔的小腔体大面积式设计，能够充分的提高测量灵敏度，而通过向外突出的受力部来承载重力，以使得形变部的形变是以受力部为中心向四周逐渐扩散的，当形变部与承载部抵持时即可以形成第一级的防过载结构，而围合成密封腔的其它部分是紧密贴合并与受力部相距最远的，能够使得整个结构刚性非常高，并形成了第二级的防过载结构。
38.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。