KR20050020761A - Strain gage - Google Patents

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Abstract

개선된 변형계가 개시된다. 상기 변형계는 약 1 내지 약 30 밀의 두께를 가지는 반-강성 기판, 상기 변형계가 부착되는 표면과 관련되는 변형에 따라 다른 저항을 제공하기 위해 상기 반-강성 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편, 및 상기 저항식 변형 감지형 박편에 작동적으로 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함한다.An improved strain system is disclosed. The strain gauge is a semi-rigid substrate having a thickness of about 1 to about 30 mils, a resistive strain sensing flake coupled to the semi-rigid substrate to provide a different resistance depending on the strain associated with the surface to which the strain gauge is attached. And a first terminal and a second terminal operatively connected to the resistive strain-sensitive lamella.

Description

변형계 {STRAIN GAGE}Strain Gauge {STRAIN GAGE}

본 발명은 변형계에 관한 것이다.The present invention relates to a strain gauge.

변형계는 기계적 변형을 측정하기 위해 사용되는 변형 감지형 저항식 장치(strain sensitive resistive device)이다. 변형계는 통상적으로 어떠한 표면에 접착식으로 결합되고, 측정된 변형계의 저항 변화는 변형계의 구성에 따른 다양한 효과와 관련된다. 변형계는 굽힘 하중, 축방향 하중 및 비틀림 하중 또는 그 외 다른 변형 효과를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 변형계는 통상적으로 포토 에칭(photoetched), 이온 밀링(ion-milled), 기타 저항을 생성하기 위한 형태를 형성하도록 절단되는 저항식 박편(resistive foil)으로 제조된다. 박편 재료는 일반적으로 두께 50 마이크로인치 내지 200 마이크로인치의 망간 합금, 니켈-크롬 합금 또는 니켈-구리 합금이다. 변형계와 관련된 통상적인 저항치는 120 옴(ohms)이다. 박편 유형은 일반적으로 에폭시 혹은 유사한 수지 또는 다른 접합제로 매우 얇은 가요성 중합체 배면부에 결합된다. 상기 중합체 배면부는 얇아서[0.5 밀(mils)] 가요성이 증대된다. 이러한 장치는 공식 kr dl/l = dr/r 을 따르는 변형 감지형 장치이며, 여기서 dl/l는 상기 장치가 구조물에 접합될 때 하중(응력) 하에서 게이지 상에 부과되는 변형이고, dr/r 는 변형에 의한 상대적인 저항 변화이며, k는 상수이다. 변형계의 상수 k 는 게이지의 변형과 저항의 상대적 변화 사이의 비례 인자이다. 때때로, k 는 게이지 인자라고 불린다. 상수 k 는 통상적으로 약 2의 값을 갖는다.Strain gauges are strain sensitive resistive devices used to measure mechanical strain. The strain gauge is typically adhesively bonded to any surface, and the resistance change of the measured strain gauge is related to various effects depending on the configuration of the strain gauge. The strain gauge can be used to measure bending loads, axial loads and torsional loads or other deformation effects. Strain gauges are typically made from resistive foils that are cut to form shapes to produce photoetched, ion-milled, and other resistances. The flake material is generally a manganese alloy, nickel-chromium alloy or nickel-copper alloy with a thickness of 50 microinches to 200 microinches. Typical resistance associated with a strain gauge is 120 ohms. The flake type is generally bonded to a very thin flexible polymer backing with an epoxy or similar resin or other binder. The polymer backing is thin (0.5 mils) to increase flexibility. Such a device is a strain sensing device according to the formula k r dl / l = dr / r, where dl / l is the strain imposed on the gauge under load (stress) when the device is bonded to the structure and dr / r Is the relative change in resistance due to deformation and k is a constant. The constant k of the strain gauge is a proportional factor between the strain in the gauge and the relative change in resistance. Sometimes k is called the gauge factor. The constant k typically has a value of about 2.

변형계가 매우 가요적이기 때문에, 매우 작은 반경을 가지는 만곡면에 적용될 수 있다. 게이지가 매우 가요적이고 정전하로부터 "접착적(sticky)"이기 때문에, 어떠한 심각한 단점을 나타낸다.Since the strain gauge is very flexible, it can be applied to curved surfaces with very small radii. Since the gauge is very flexible and "sticky" from the electrostatic charge, it presents some serious drawbacks.

선행 기술상의 변형계에 있어 하나의 문제는 제조 공정에 관한 것이다. 변형계는 테이프 상에 패키징(packaging)되기 위해 진동 보울(vibrating bowl)에서 자동으로 분류될 수 없다. 그 대신에, 변형계는 트레이 포켓(tray pocket)이나 플라스틱 폴더에 개별적으로 패키징되어 성가시고 비용 추가적인 작업 공정을 요구한다.One problem with prior art strain systems relates to the manufacturing process. The strain gage cannot be automatically sorted in a vibrating bowl for packaging on tape. Instead, the strain gauges are individually packaged in tray pockets or plastic folders, requiring cumbersome and costly additional work processes.

추가적인 문제는 이러한 선행 기술상의 변형계는 수동 조작 또는 기계 조작 중에 부서지기 쉽다는 것이다.A further problem is that these prior art strain gauges are brittle during manual or machine operation.

게다가, 변형계를 설치하는 것이 어렵다는 또 다른 문제가 있다. 변형계는 변형을 측정하고자 하는 구조물에 결합된다. 전기 도선 결합이 이루어져야 하며 일반적으로 이러한 조작 요구 사항은 불편하고 비용이 들게 된다. 따라서, 본 발명의 주목적은 최신 기술로 개선하는 것이다.In addition, there is another problem that it is difficult to install a strain gauge. The strain gauge is coupled to the structure for which the strain is to be measured. Electrical conductor couplings must be made and these operating requirements are usually inconvenient and expensive. Therefore, the main object of the present invention is to improve with the latest technology.

본 발명의 또 하나의 목적은 자동으로 분류되어 테이프 상에 패키징될 수 있는 변형계를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a strain gauge that can be automatically sorted and packaged on a tape.

게다가, 개별적으로 패키징될 필요가 없는 변형계를 제공하는 것 역시 본 발명의 목적이다.In addition, it is also an object of the present invention to provide a strain gauge that does not need to be packaged separately.

본 발명의 추가적인 목적은 조작하기에 보다 용이하고 견고한 변형계를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a strain gauge that is easier and more robust to operate.

용이한 설치에 도움이 되는 변형계를 제공하는 것도 본 발명의 추가적인 목적인 것이다.It is a further object of the present invention to provide a strain gauge that aids in easy installation.

본 발명의 하나 이상의 이러한 목적 및/또는 다른 목적, 특징 또는 장점들은 이하의 청구항 및 명세서로부터 명백해 질 것이다.One or more of these and / or other objects, features or advantages of the invention will be apparent from the following claims and specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형계의 정면도이며,1 is a front view of a strain gauge according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형계의 측면도이다.2 is a side view of a strain gauge in accordance with one embodiment of the present invention.

본 발명은 제조, 조작 및 설치가 보다 간단한 변형계를 제공하는 것이다. 상기 변형계는 약 1 밀 내지 약 30 밀의 두께를 갖는 반-강성 기판, 반-강성 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편, 및 상기 저항식 박편에 작동적으로 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함한다. 변형계는 편평한 면 또는 약간 만곡진 면에 사용될 수 있다. 반-강성 기판이 사용되기 때문에, 변형계는 조작 및 설치가 보다 용이하다.The present invention provides a strain gauge that is simpler to manufacture, operate and install. The strain gauge includes a semi-rigid substrate having a thickness of about 1 mil to about 30 mils, a resistive strain sensing flake coupled to the semi-rigid substrate, and a first terminal and a second operatively connected to the resistive flake. It includes a terminal. Strain gauges can be used on flat or slightly curved surfaces. Since a semi-rigid substrate is used, the strain gauge is easier to operate and install.

변형계는 반-강성 기판의 표면에 부착되는 대전 방지층(anti-static layer)을 포함할 수 있으며, 이러한 대전 방지층은 보다 용이하게 변형계를 조작할 수 있도록 한다. 대전 방지층으로 인해 변형계를 금속 부분에 납땜하는 것 또한 용이하게 된다.The strain gauge may include an anti-static layer attached to the surface of the semi-rigid substrate, which antistatic layer makes it easier to manipulate the strain gauge. The antistatic layer also makes it easier to solder the strain gauge to the metal part.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 변형계를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 저항식 박편 및 반-강성 기판이 동일한 저항 박편을 이용하는 선행 기술상의 변형계와 동등한 게이지 인자(통상 약 2 정도)를 제공하도록 선택되는, 저항식 변형 감지형 박편을 반-강성 기판에 결합하는 단계, 및 제 1 단자와 제 2 단자를 상기 저항식 변형 감지형 박편에 부착하는 단계를 포함한다. 대전 방지층은 또한 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 부착될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a strain gauge is provided. The method comprises applying a resistive strain sensitive lamella to a semi-rigid substrate, wherein the resistive lamella and semi-rigid substrate are selected to provide a gauge factor (typically about 2) equivalent to a prior art strain gauge using the same resist flake. Coupling, and attaching a first terminal and a second terminal to the resistive strain sensitive lamella. An antistatic layer may also be attached to the surface of the resistive strain sensitive lamella.

본 발명은 변형계에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 선행 기술상의 단점을 방지하기 위해 반-강성인 반면 가요적이지 않은 변형계를 제공하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 변형계는 편평하거나 약간 만곡진 면에 사용하기에 적합하며, 제조 및 설치가 용이하다는 장점을 제공한다.The present invention relates to a strain gauge. In particular, the present invention relates to providing a strain system that is semi-rigid but not flexible to avoid the disadvantages of the prior art. The strain gauge of the present invention is suitable for use on flat or slightly curved surfaces and offers the advantage of being easy to manufacture and install.

상기 변형계는 선행 기술상의 변형계와 관련된 꾸불꾸불한 저항식 박편 형(serpentine resistive foil pattern)과 동일한 유형을 포함하지만, 상기 박편 유형은 약 1 밀 내지 약 30 밀의 두께의 유리 섬유, 또는 폴리이미드계 수지(polyimide resin), 또는 다른 강성 재료로 제조되는 반-강성 기판에 결합된다. 변형에 대한 저항의 감도 즉, k는 장치의 강도 및 두께에도 불구하고 동일하게 유지된다.The strain gauge includes the same type as the serpentine resistive foil pattern associated with prior art strain gauges, but the flake type is from about 1 mil to about 30 mil thick glass fiber, or polyimide It is bonded to a semi-rigid substrate made of polyimide resin, or other rigid material. The sensitivity of the resistance to deformation, ie k, remains the same despite the strength and thickness of the device.

도 1에 도시된 것처럼, 변형계(10)는 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은 선행 기술상의 가요성 기판과 달리 반-강성 기판이다. 본 발명은 유리 섬유, 플라스틱, 유리, 강화 에폭시, 폴리이미드 또는 다른 강성 혹은 반-강성 재료를 포함하는 다양한 재료가 사용될 수 있다는 것을 예기한다. 기판의 두께는 약 1 밀 내지 약 30 밀이다. 따라서, 기판의 두께는 상기 기판이 반-강성을 유지하기에 충분히 크다. 저항식 변형 감지형 박편(16)이 반-강성 기판(12)에 결합된다. 다양한 유형의 결합제, 접합제, 에폭시 또는 수지가 기판(12)과 박편(16) 사이에 결합부(14)를 형성하도록 사용될 수 있다.As shown in FIG. 1, the strain gauge 10 includes a substrate 12. Substrate 12 is a semi-rigid substrate, unlike prior art flexible substrates. The present invention contemplates that a variety of materials can be used, including glass fibers, plastics, glass, reinforced epoxy, polyimide or other rigid or semi-rigid materials. The thickness of the substrate is from about 1 mil to about 30 mils. Thus, the thickness of the substrate is large enough to keep the substrate semi-rigid. A resistive strain sensitive lamella 16 is coupled to the semi-rigid substrate 12. Various types of binders, binders, epoxies or resins may be used to form the bonds 14 between the substrate 12 and the flakes 16.

제 1 단자(18A) 및 제 2 단자(18B)가 박편(16)에 작동적으로 연결된다. 이러한 단자(18A, 18B)는 변형계(20)에 도선 연결(lead attachment)을 용이하게 하기 위해 범핑(bumped)되거나 미리 납땜될 수 있다.The first terminal 18A and the second terminal 18B are operatively connected to the lamella 16. These terminals 18A and 18B may be bumped or pre-soldered to facilitate lead attachment to the strain gauge 20.

또한, 대전 방지층(20)이 도 1에 도시된다. 이러한 대전 방지층(20)은 박편(16)의 표면이나 반대편 또는 양쪽 모두에 있을 수 있다. 대전 방지층(20)은 제조 공정에서 진동 보울(vibrating bowl)이 사용될 수 있기 때문에 분류 작업을 용이하게 하는 장점을 제공한다. 대전 방지층(20)은 제조 공정에서 각각의 변형계(10)가 상호 점착되는 것을 방지한다.In addition, an antistatic layer 20 is shown in FIG. 1. This antistatic layer 20 may be on the surface of the lamella 16, on the opposite side, or both. The antistatic layer 20 provides the advantage of facilitating the sorting operation because a vibrating bowl can be used in the manufacturing process. The antistatic layer 20 prevents the respective strain gauges 10 from sticking together in the manufacturing process.

대전 방지층은 바람직하게는 구리나 땜납 또는 다른 저 저항 금속이다. 아교와 같은 접착제를 사용하는 대신에 이러한 금속층이 변형계(10)를 금속부 또는 다른 표면(24)에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 이로써, 본 발명의 변형계의 설치 공정이 간단하게 될 수 있다.The antistatic layer is preferably copper or solder or another low resistance metal. Instead of using an adhesive such as glue, this metal layer can be used to couple the strain gauge 10 to the metal portion or other surface 24. Thereby, the installation process of the strain gauge of this invention can be simplified.

도 2는 본 발명의 변형계에 대한 일 실시예의 평면도를 제공한다. 비록 본 발명이, 요구되는 저항에 도달하기 위해 다른 유형이 사용될 수 있다는 것을 충분히 예기하고 있지만, 도 2에서는 꾸불꾸불한 박편(16) 형태가 제공된다. 바람직하게는, 상기 박편 유형(22)은 50 옴 내지 10,000 옴 사이의 저항을 제공한다. 만약, 박편이 0.5 밀의 매우 가요적인 배면부에 부착된다면, 변형계(10)로부터 얻어지는 변형 인자 k는 반드시 동일하다. 따라서, 변형 인자 k는 통상적으로 약 2가 된다.Figure 2 provides a plan view of one embodiment of a strain gauge of the present invention. Although the present invention fully anticipates that other types may be used to reach the required resistance, in FIG. 2 a serpentine flake 16 form is provided. Preferably, the flake type 22 provides a resistance between 50 ohms and 10,000 ohms. If the flakes are attached to the very flexible backside of 0.5 mils, the strain factor k obtained from the strain gauge 10 is necessarily the same. Thus, the modifying factor k is typically about two.

개선된 변형계가 이제 개시된다. 본 발명은 반-강성 기판의 두께와 유형, 박편 유형, 박편 저항, 박편을 부착하기 위해 사용되는 접합제 혹은 다른 결합제의 유형, 대전 방지층으로 사용되는 재료의 유형, 및 개선된 변형계를 구조물에 부착시키는 방법(접착식 결합, 납땜 등)에 있어서 여러 가지 다양성을 예기한다. 여러 가지 변형물 및 동등물이 본 발명의 범위와 취지 내에 있다.An improved strain system is now disclosed. The present invention relates to the thickness and type of a semi-rigid substrate, flake type, flake resistance, type of binder or other binder used to attach the flake, type of material used as an antistatic layer, and improved strain gauges to the structure. Various variations are expected in the method of adhesion (adhesive bonding, soldering, etc.). Various modifications and equivalents are within the scope and spirit of the present invention.

Claims (18)

약 1 밀 내지 약 30 밀의 두께를 가지는 반-강성 기판,Semi-rigid substrate having a thickness of about 1 mil to about 30 mils, 변형계가 부착되는 표면과 관련된 변형에 따라 변하는 저항을 제공하도록 상기 반-강성 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편, 및A resistive strain sensitive lamella coupled to the semi-rigid substrate to provide a resistance that varies with strain associated with the surface to which the strain gauge is attached, and 상기 저항식 변형 감지형 박편에 작동적으로 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함하는,A first terminal and a second terminal operatively connected to the resistive strain sensing lamella, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저항식 변형 감지형 박편이 약 50 옴 내지 약 10,000 옴의 저항을 제공하는,Wherein the resistive strain sensitive lamella provides a resistance of about 50 ohms to about 10,000 ohms, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 도포되는 대전 방지층을 더 포함하는,Further comprising an antistatic layer applied to the surface of the resistive deformation-sensitive flakes, 변형계.Strain gauge. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 대전 방지층이 상기 변형계를 금속 부분에 납땜되도록 적응되는,The antistatic layer is adapted to solder the strain gauge to a metal part, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저항식 변형 감지형 박편의 반대편의 상기 반-강성 기판 표면에 도포되는 대전 방지층을 더 포함하는,Further comprising an antistatic layer applied to the surface of the semi-rigid substrate opposite the resistive strain sensitive lamella, 변형계.Strain gauge. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 대전 방지층이 상기 변형계를 금속 부분에 납땜되도록 적응되는,The antistatic layer is adapted to solder the strain gauge to a metal part, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반-강성 기판이 유리 강화 에폭시인,Wherein the semi-rigid substrate is glass reinforced epoxy, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반-강성 기판이 폴리이미드인,Wherein the semi-rigid substrate is a polyimide, 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반-강성 기판이 석탄산인,Wherein the semi-rigid substrate is phenol 변형계.Strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 단자 및 제 2 단자는 도선 연결이 용이하도록 미리 납땜되는,The first terminal and the second terminal is pre-soldered to facilitate wire connection, 변형계.Strain gauge. 약 2인 k를 가지는 제 1 항의,Claim 1 having a k of about 2, 변형계.Strain gauge. 저항식 변형 감지형 박편을 반-강성 기판에 결합하는 단계, 및Coupling the resistive strain sensitive lamella to a semi-rigid substrate, and 상기 저항식 변형 감지형 박편에 제 1 단자와 제 2 단자를 부착하는 단계를 포함하며,Attaching a first terminal and a second terminal to the resistive strain sensing flake; 상기 저항식 변형 감지형 박편 및 반-강성 기판은 변형 인자가 약 2가 되도록 선택되는,Wherein the resistive strain sensitive lamella and semi-rigid substrate are selected such that the strain factor is about 2 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 대전 방지층을 부착하는 단계를 더 포함하는,Attaching an antistatic layer to the surface of the resistive strain sensing flakes, 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 반-강성 기판의 두께가 약 1 밀 내지 약 30 밀인,Wherein the semi-rigid substrate has a thickness of about 1 mil to about 30 mils, 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 대전 방지층이 금속인,The antistatic layer is a metal, 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 변형계를 테이프 상에 패키징하는 단계를 더 포함하는,Packaging the strain gauge on a tape; 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 변형계를 진동 보울을 이용하여 분류하는 단계를 더 포함하는,Further classifying the strain gauge using a vibration bowl, 변형계 제조 방법.Strain Gauge Manufacturing Method. 약 1 밀 내지 약 30 밀의 두께를 가지는 반-강성 기판,Semi-rigid substrate having a thickness of about 1 mil to about 30 mils, 변형계가 부착되는 표면에 대한 변형에 따라 변하는 저항을 제공하도록 상기 반-강성 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편,Resistive strain-sensitive flakes coupled to the semi-rigid substrate to provide a resistance that varies with strain on the surface to which the strain gauge is attached, 상기 저항식 변형 감지형 박편에 작동적으로 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자, 및First and second terminals operatively connected to the resistive strain-sensitive lamella, and 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 도포 되는 대전 방지층을 포함하며,It includes an antistatic layer applied to the surface of the resistive strain-sensitive flakes, 상기 반-강성 기판은 상기 변형계가 테이프 상에 패키징되도록 하며,The semi-rigid substrate allows the strain gauge to be packaged on a tape, 상기 대전 방지층은 상기 변형계가 진동 보울에 의해 분류되도록 하는,The antistatic layer allows the strain gauge to be classified by the vibration bowl, 변형계.Strain gauge.
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