[发明专利]力传感装置、尤其是电容性的称重单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种力传感装置、尤其是称重单元，其具有弹性体，该弹性体在加载要测量的力或负载的情况下变形，力传感装置并且具有两个通过间隙分隔的承载件，该承载件在加载弹性体的情况下从静止位置中移出，并且该力传感装置具有电容性的位移传感器以用于检测承载件的相对运动，该位移传感器由两个各自保持在承载件中的一个上的且各自具有多个电极指的电极梳构成，其中电极梳以彼此平行的且与安装面平行的指向保持在两个承载件的彼此平行的平面的安装面上，并且其中一个电极梳中的电极指在加载弹性体的情况下运动到另一电极梳的指间空间中。

背景技术

这种力传感装置或者这种称重单元从EP0534270A1的图8至10中已知。在那里，电极梳保持在承载件上，使得在弹性体未被加载的情况下将相应电极梳的电极指以不对称偏心的方式定位在相应的另一电极梳的指间空间中。电极指得出多个相同电容器的并联电路并且被校准成，使得总是一个小的电极间距紧接一个显著更大的电极间距。因此，小的间距确定位移传感器的电容。在加载弹性体的情况下，电极指之间的间距变化进而位移传感器的电容改变。电极结构能够通过对硅进行各向异性的刻蚀来形成，其中小的电极间距例如能够为20μm。

电极梳的运动间隙空间通过指间空间的宽度和指宽度来限界，使得在力传感装置或称重单元过载时破坏力传感装置。

从GB2076970A中已知由两个电极梳构成的电容性的位移传感器，其中电极梳随电极指的尖部（指在此实际上是具有不同直径的同轴的圆柱体）相对彼此运动，其中相应一个电极梳的电极指根据运动方向更多地或更少地啮合到相应的另外的电极梳的指间空间中。在此，也存在在过载的情况下破坏位移传感器的危险。例如在MEMS（微电子机械系统）技术中的极其小的电极结构的实现在已知的位移传感器中在校准电极梳时导致显著的问题进而几乎是不可行的。

WO2007/086489A1示出MEMS技术中的具有电容性位移传感器的压力传感装置，该压力传感装置在其原理结构和其作用方式方面相应于从GB2076970A中已知的位移传感器。在此，在压力传感装置过载的情况下又存在破坏位移传感器的危险。

从US2007/0284964A1中已知以静电方式工作的MEMS执行器，其中通过可移动地安置的电极梳和固定的电极梳之间的静电力产生运动。电极梳形成并且布置成使得其相对彼此具有平行错位并且使得可移动地安置的电极梳的电极指在垂直于指长度的方向上沉入到固定的电极梳的指间空间中。US2007/0284964A1也示例地示出，如何能够由一种衬底制成两个这种电极梳。

从DE3218577A1中已知一种具有弹性体的力传感装置力转换器，该力转换器具有两个通过间隙分隔的承载件，该承载件在加载弹性体时从静止位置中移出。用于检测承载件的相对运动的电容性位移传感器具有两个电极面，该电极面彼此布置在这两个承载件的彼此面对布置的平行的安装面上并且与安装面平行地布置，并且弹性体的负载垂直于其平面地彼此运动。电容相对小并且在此在过载的情况下也存在破换力转换器的危险。

发明内容

本发明所基于的目的是，提供一种过载保护的力传感装置或者具有电容性力传感装置位移传感器的这种称重单元。

根据本发明，该目的通过下述方式来实现，即在开始所述类型的称重单元或力传感装置中将保持电极梳的安装面形成在承载件上，使得该安装面在加载弹性体的情况下变得垂直于该安装面的平面，以及电极梳的电极指相对于安装面分别具有不同的平行错位，使得在加载弹性体的情况下一个电极梳的电极指沉入到另一电极梳的指间空间中。

由于电极梳彼此间的平行错位，在未加载弹性体的情况下位移传感器的电容仅是很小的并且随着弹性体的负载的上升而增加，因为然后各电极梳的电极指更多地啮合到另一电极梳的指间空间中。力传感装置位移传感器的过载或破坏被排除，因为电极指仅沿指间空间向两侧敞开的方向运动。

优选地，电极梳的电极指相对于其安装面的平行错位的差小于或等于电极指的高度/厚度，使得在未加载弹性体的情况下已经存在电极指的交叠并且在负载增加的情况下力传感装置位移传感器的电容进一步线性地增加。