一种磁控流体变阻器装置

本发明涉及变阻器技术领域，更具体地说，是涉及一种磁控流体变阻器装置。

背景技术：

随着微机电系统的发展，人们越来越追求传感器件的小型化和集成化，电阻是电子元器件中最常见的应用产品之一，电阻在电路中既可以限制电流，保护电路，又可以分配电压，其在精密电路中应用广泛。变阻器可以用于调整电阻的大小，通常是在一段较长的电阻上，采用物理接触的方式驱动接触点移动来实现改变电阻，然而在传统的采用物理接触的方式中，当压力较大时，接触点磨损严重，变阻器寿命较短，当压力较小时，接触点接触不良，容易造成电路断路，除此之外，当面对一些微型复杂空间工况时，采用物理接触驱动比较困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁控流体变阻器装置，以解决现有技术中变阻器采用物理接触导致的接触点磨损严重、接触点接触不良以及无法应对微型复杂空间工况的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种磁控流体变阻器装置，包括：

下极板，所述下极板上刻蚀有微纳电极，所述下极板的两端分别设有与所述微纳电极电连接的第一接线端子和第二接线端子；

流道芯片，所述流道芯片的一侧设有凹槽，所述下极板设于所述凹槽的一侧并与所述流道芯片连接，所述凹槽与所述下极板形成储存腔；

流体，所述流体注入所述储存腔内，所述流体与所述微纳电极接触，外部磁场与所述流体配合以实现对所述变阻器装置的阻值进行调整。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述流体包括：

铜颗粒，所述铜颗粒下沉至所述下极板的表面并与所述微纳电极接触；

磁流体，所述磁流体在外部磁场的作用下控制所述铜颗粒形成导电链状结构，且所述导电链状结构与所述外部磁场方向平行。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述铜颗粒为非球形不规则状导电金属颗粒，所述铜颗粒的尺寸为1～20微米。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，当所述变阻器装置的阻值最小时，所述外部磁场方向为所述第一接线端子和所述第二接线端子的连线方向；

当所述变阻器装置的阻值最大时，所述外部磁场方向为所述第二接线端子和所述第一接线端子的连线的垂直方向。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述微纳电极为插指电极，所述插指电极包括插指电极区域，所述铜颗粒下沉至所述下极板的表面并与所述插指电极区域接触；

插指电极区域的正负电极分别延伸至所述下极板的两端，分别形成第一接线区域和第二接线区域，所述第一接线区域与所述第一接线端子电连接，所述第二接线区域与所述第二接线端子电连接。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述插指电极区域相邻的正负电极的间距越大，所述变阻器装置的最大阻值就越大；

或者，所述插指电极区域相邻的正负电极的交错节点的数量越多，所述变阻器装置的最小阻值就越小；

或者，所述插指电极区域相邻的正负电极的交错节点的刻蚀宽度越宽，所述变阻器装置的最小阻值就越小。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述第一接线端子靠近所述下极板的一侧设有第一槽口，所述第一槽口卡接于所述下极板上，且所述第一槽口与所述第一接线区域紧密接触；

和/或，所述第二接线端子靠近所述下极板的一侧设有第二槽口，所述第二槽口卡接于所述下极板上，且所述第二槽口与所述第二接线区域紧密接触。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述流道芯片包括：

具有预设高度的注入通道，所述注入通道设于所述流道芯片远离所述凹槽的一侧并与所述流道芯片连接，所述注入通道与所述凹槽连通；

具有预设高度的出气通道，所述出气通道设于所述流道芯片远离所述凹槽的一侧并与所述流道芯片连接，所述出气通道与所述凹槽连通；

所述注入通道和所述出气通道分别设于所述凹槽的两端。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述变阻器装置包括：

注入口密封件，所述注入口密封件设于所述注入通道的注入口处并密封所述注入口；

出气口密封件，所述出气口密封件设于所述出气通道的出气口处并密封所述出气口。

根据上述所述的磁控流体变阻器装置，所述流道芯片与所述下极板键合，并通过胶水粘合密封。

本发明提供的磁控流体变阻器装置的有益效果至少在于：

本发明提供的磁控流体变阻器装置，在流道芯片的一侧设置凹槽，其流道芯片与下极板连接后，其凹槽与下极板之间形成了储存腔，将变阻器装置水平放置，然后向储存腔内注入流体，使得流体在储存腔内平铺，并且流体与下极板上刻蚀的微纳电极接触，即流体与微纳电极电连接，当需要调整变阻器装置的阻值时，可以通过外部磁场与储存腔内的流体配合以非接触的方式调整变阻器装置的阻值，进而实现动态定值地控制电路的电流、分配电路的电压。相较于传统的物理接触方式，本发明避免了机械磨损，延长了变阻器装置的使用寿命，还避免了接触不良的情况发生，提高了电路的稳定性，并且本发明还适用于微型复杂空间工况，可以适应大多数电路需求，极大地增加了变阻器装置的应用范围，且本发明提供的磁控流体变阻器装置的整体结构简单、小巧，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的磁控流体变阻器装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的磁控流体变阻器装置的爆炸结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的磁控流体变阻器装置的爆炸结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的磁控流体变阻器装置的剖面结构示意图；

图5为图4中a部分的放大结构示意图；

图6为本发明实施例提供的流体包括的铜颗粒呈随机状态的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的流体包括的铜颗粒形成第一导电链状结构的示意图；

图8为本发明实施例提供的流体包括的铜颗粒形成第二导电链状结构的示意图。

其中，图中各附图标记：

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图5，本实施例提供了一种磁控流体变阻器装置100，包括：下极板10，所述下极板10上刻蚀有微纳电极11，所述下极板10的两端分别设有与所述微纳电极11电连接的第一接线端子20和第二接线端子30；流道芯片40，所述流道芯片40的一侧设有凹槽41，所述下极板10设于所述凹槽41的一侧并与所述流道芯片40连接，所述凹槽41与所述下极板10形成储存腔50；流体60，所述流体60注入所述储存腔50内，所述流体60与所述微纳电极11接触，外部磁场与所述流体60配合以实现对所述变阻器装置100的阻值进行调整。可选的是，下极板10由导电玻璃制成。可选的是，外部磁场由永磁铁或者电磁铁产生。

本实施例提供的磁控流体变阻器装置100的有益效果至少在于：

本实施例提供的磁控流体变阻器装置100，在流道芯片40的一侧设置凹槽41，其流道芯片40与下极板10连接后，其凹槽41与下极板10之间形成了储存腔50，将变阻器装置100水平放置，然后向储存腔50内注入流体60，使得流体60在储存腔50内平铺，并且流体60与下极板10上刻蚀的微纳电极11接触，即流体60与微纳电极11电连接，当需要调整变阻器装置100的阻值时，可以通过外部磁场与储存腔50内的流体60配合以非接触的方式调整变阻器装置100的阻值，进而实现动态定值地控制电路的电流、分配电路的电压。相较于传统的物理接触方式，本实施例避免了机械磨损，延长了变阻器装置100的使用寿命，还避免了接触不良的情况发生，提高了电路的稳定性，并且本实施例还适用于微型复杂空间工况，可以适应大多数电路需求，极大地增加了变阻器装置100的应用范围，且本实施例提供的磁控流体变阻器装置100的整体结构简单、小巧，操作方便。

在一个实施例中，请参阅图6，并结合参阅图1至图5，所述流体60包括：铜颗粒61，所述铜颗粒61下沉至所述下极板10的表面并与所述微纳电极11接触；磁流体62，所述磁流体62在外部磁场的作用下控制所述铜颗粒61形成导电链状结构，且所述导电链状结构与所述外部磁场方向平行。本实施例中的流体60由铜颗粒61和磁流体62混合而成，流体60包括的磁流体62为纳米级别的磁性颗粒，通过分散剂的作用，悬浮在基载液中形成的稳定胶体，其磁流体62能够被外部磁场控制；流体60包括的铜颗粒61为导电金属颗粒，其不能被外部磁场控制。将流体60注入储存腔50后，变阻器装置100水平放置，其流体60中包括的铜颗粒61由于重力作用会沉降至所述下极板10的表面上，并与下极板10上的微纳电极11接触连接。在正常情况下，其铜颗粒61的沉降具有随机性，互不接触，此时变阻器装置100的阻值为中等阻值，通过本实施例中设置的磁流体62，其磁流体62在外部磁场的作用下可以控制非磁性的铜颗粒61的移动，以形成导电链状结构，且形成的导电链状结构始终与外部磁场方向平行。

在一个实施例中，所述铜颗粒61的体积为所述储存腔50的底面积乘以铜颗粒61直径的1/4。

在一个实施例中，储存腔50的底面的长边尺寸为10～30mm，储存腔50的底面的宽边尺寸为10～30mm。

在一个实施例中，储存腔50的底面呈正方形，其底面尺寸为20mm*20mm，应该理解的是，储存腔50的底面尺寸并不限于为上述情形，还可以是其他情形，此处不作限制。

在一个实施例中，所述铜颗粒61的尺寸为1～20微米，应当理解的是，铜颗粒61的尺寸并不限于为上述情形，还可以是其他情形，此处不作限制。

在一个实施例中，所述铜颗粒61为非球形不规则状导电金属颗粒。由于铜颗粒61需要与下极板10接触，所以将铜颗粒61设置为不规则状态，相较于球形与平面的点接触，不规则形状的铜颗粒61更容易与下极板10形成一定的接触面，接触效果更好。

在一个实施例中，请参阅图2，所述微纳电极11为插指电极，所述插指电极包括插指电极区域111，所述铜颗粒61下沉至所述下极板10的表面并与所述插指电极区域111接触，其插指电极区域111的布置方向与重力方向垂直，这样可以使得铜颗粒61沉降在底部，与下极板10作用。插指电极区域111的正负电极分别延伸至所述下极板10的两端，分别形成第一接线区域112和第二接线区域113，所述第一接线区域112与所述第一接线端子20电连接，所述第二接线区域113与所述第二接线端子30电连接。

当外部磁场作用时，当外部磁场与下极板10的插指电极区域111之间的夹角发生变化时，由于导电链状结构始终与外部磁场方向平行，导电链状结构与插指电极区域111的夹角也发生了变化，进而使得变阻器装置100的阻值就会发生变化，也即改变外部磁场方向，可以在一定范围内改变变阻器装置100的电阻，达到磁控变阻的效果。在一个实施例中，请参阅图7，当所述变阻器装置100的阻值最小时，所述外部磁场方向为所述第一接线端子20和所述第二接线端子30的连线方向。具体地，当外界作用一方向为第一接线端子20和第二接线端子30连线方向的磁场时，流体60包括的铜粉颗粒61在储存腔50内形成第一导电链状结构61a，也即相当于一个导线或者多根导线将插指电极区域111的正负电极连接起来，一个第一导电链状结构61a连起来电阻变化有限，很多个第一导电链状结构61a并联就能起到很大范围的变阻效果，通过插指电极区域111的正负电极与该第一导电链状结构61a作用，使变阻器装置100沿磁场方向阻值降低，此时变阻器装置100的整个电阻最小。在一个实施例中，请参阅图7，当所述变阻器装置100的阻值最大时，所述外部磁场方向为所述第一接线端子20和所述第二接线端子30的连线的垂直方向。具体地，当外界作用一方向为第一接线端子20和第二接线端子30连线垂直方向的磁场时，流体60包括的铜粉颗粒61在储存腔50内形成第二导电链状结构61b，通过插指电极区域111的正负电极与该第二导电链状结构61b作用，使变阻器装置100沿磁场方向阻值降低，沿第一接线端子20和第二接线端子30连线方向电阻增加，此时变阻器装置100的整个电阻最大。在一个实施例中，在一定范围内，外部磁场越高，导电链状结构形成越快，变阻器装置100的阻值调节越快，变阻器装置100的调节范围越大，外部磁场的极限值为导电链状结构不再发展的临界值。

在一个实施例中，所述插指电极区域111相邻的正负电极的间距越大，所述变阻器装置100的最大阻值就越大。可选的是，插指电极区域111相邻的正负电极的间距为铜颗粒61直径的5倍，也即插指电极区域111相邻的正负电极的间距为5-100微米。应该理解的是，插指电极区域111相邻的正负电极的间距并不限于为情形，还可以是其他数值，此处不作限制。

在一个实施例中，所述插指电极区域111相邻的正负电极的交错节点的数量越多，所述变阻器装置100的最小阻值就越小。

在一个实施例中，所述插指电极区域111相邻的正负电极的交错节点的刻蚀宽度越宽，所述变阻器装置100的最小阻值就越小。对于不同工作范围的变阻器装置100，可以调整插指电极区域111相邻的正负电极的间距、铜颗粒61的直径、插指电极区域111相邻的正负电极的交错节点数量、插指电极区域111相邻的正负电极的交错节点刻蚀宽度来定制。

在一个实施例中，请参阅图3，所述第一接线端子20靠近所述下极板10的一侧设有第一槽口21，所述第一槽口21卡接于所述下极板10上，且所述第一槽口21与所述第一接线区域112紧密接触。通过在第一接线端子20上设置第一槽口21，将第一槽口21卡设于下极板10上，实现将第一接线端子20连接于下极板10上，并且第一槽口21的内部与第一接线区域112紧密接触，实现电连接。可选的是，第一槽口21的尺寸略小于下极板10的厚度，与下极板10过盈配合，利用压力接触于第一接线区域112，达到导电的效果，并方便接线。

在一个实施例中，请继续参阅图3，所述第二接线端子30靠近所述下极板10的一侧设有第二槽口31，所述第二槽口31卡接于所述下极板10上，且所述第二槽口31与所述第二接线区域113紧密接触。通过在第二接线端子30上设置第二槽口31，将第二槽口31卡设于下极板10上，实现将第二接线端子30连接于下极板10上，并且第二槽口31的内部与第二接线区域113紧密接触，实现电连接。可选的是，第二槽口31的尺寸略小于下极板10的厚度，与下极板10过盈配合，利用压力接触于第二接线区域113，达到导电的效果，并方便接线。

在一个实施例中，请参阅图1至图4，所述流道芯片40包括：具有预设高度的注入通道42，所述注入通道42设于所述流道芯片40远离所述凹槽41的一侧并与所述流道芯片40连接，所述注入通道42与所述凹槽41连通；具有预设高度的出气通道43，所述出气通道43设于所述流道芯片40远离所述凹槽41的一侧并与所述流道芯片40连接，所述出气通道43与所述凹槽41连通；所述注入通道42和所述出气通道43分别设于所述凹槽41的两端。通过在流道芯片40上设置注入通道42和出气通道43，注入通道42用于注入流体60，出气通道43用于排除气体。由于注入通道42和出气通道43具有预设高度，流体60从注入通道42注入，流体60在重力的作用下，利用液面差产生的较大压强，将储存腔50内的气体排除，避免在储存腔50内产生气泡，注入通道42和出气通道43分别设于凹槽41的两端，实现充分地将气体排出。

可选的是，注入通道42和出气通道43的预设高度为2～6mm，可选的是，注入通道42和出气通道43的预设高度为4mm。应该理解的是，注入通道42和出气通道43的预设高度并不限于为上述数值，还可以是其他数值，此处不作限制。

可选的是，凹槽41的深度为铜颗粒61直径的2倍，也即凹槽41的深度为2～40微米。应该理解的是，凹槽41的深度并不限于为铜颗粒61直径的2倍，还可以是其他数值，此处不作限制。

在一个实施例中，请参阅图2，所述变阻器装置100包括：注入口密封件70，所述注入口密封件70设于所述注入通道42的注入口421处并密封所述注入口421；出气口密封件80，所述出气口密封件80设于所述出气通道43的出气口431处并密封所述出气口431。注入口密封件70和出气口密封件80的设置实现了将流体60密封在储存腔50内，并确保流体60不会留出储存腔50。

在一个实施例中，注入口密封件70和出气口密封件80为密封螺丝，密封螺丝与注入口密封件70和出气口密封件80的内螺纹配合连接，在具体操作时，在密封入住口421和出气口431之前，在密封螺丝上涂抹胶水，然后密封螺丝螺入螺孔后，再使用紫外线光照射，使胶水凝固，达到密封的效果。

在一个实施例中，请参阅图1，所述流道芯片40与所述下极板10键合，并通过胶水粘合密封。在具体操作时，在下极板10与流道芯片40键合之前，在下极板10上涂抹一层轻薄的胶水，然后再将流道芯片40放置于下极板10上，定位准确后，使用紫外光照射整个变阻器装置100，使胶水凝固，达到密封的效果。

综上所述，本实施例提供了一种磁控流体变阻器装置100，包括：下极板10，所述下极板10上刻蚀有微纳电极11，所述下极板10的两端分别设有与所述微纳电极11电连接的第一接线端子20和第二接线端子30；流道芯片40，所述流道芯片40的一侧设有凹槽41，所述下极板10设于所述凹槽41的一侧并与所述流道芯片40连接，所述凹槽41与所述下极板10形成储存腔50；流体60，所述流体60注入所述储存腔50内，所述流体60与所述微纳电极11接触，外部磁场与所述流体60配合以实现对所述变阻器装置100的阻值进行调整。本实施例提供的磁控流体变阻器装置100，在流道芯片40的一侧设置凹槽41，其流道芯片40与下极板10连接后，其凹槽41与下极板10之间形成了储存腔50，将变阻器装置100水平放置，然后向储存腔50内注入流体60，使得流体60在储存腔50内平铺，并且流体60与下极板10上刻蚀的微纳电极11接触，即流体60与微纳电极11电连接，当需要调整变阻器装置100的阻值时，可以通过外部磁场与储存腔50内的流体60配合以非接触的方式调整变阻器装置100的阻值，进而实现动态定值地控制电路的电流、分配电路的电压。相较于传统的物理接触方式，本实施例避免了机械磨损，延长了变阻器装置100的使用寿命，还避免了接触不良的情况发生，提高了电路的稳定性，并且本实施例还适用于微型复杂空间工况，可以适应大多数电路需求，极大地增加了变阻器装置100的应用范围，且本实施例提供的磁控流体变阻器装置100的整体结构简单、小巧，操作方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。