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- Title
Hochempfindliche Folien-Dehnungsmessstreifen auf dem Weg zur technologischen Reife Process development of highly sensitive foil strain gauges.
- Authors
Vollberg, Dennis; Probst, Anne-Catherine; Langosch, Matthäus; Landes, Alexander; Göttel, Dirk; Cerino, Mario; Lellig, Angela; Freitag-Weber, Olivia; Schultes, Günter
- Abstract
Es wird über den Stand der Forschung an hochempfindlichen Folien-Dehnungsmessstreifen berichtet. Die Folien-DMS bestehen aus einer Polyimidfolie, auf welche eine granulare Dünnschicht auf der Basis von Nickel und Kohlenstoff mit einer Schichtdicke von etwa 150 nm aufgesputtert wird. Die k-Faktoren erreichen 20 für die Nickel-Kohlenstoff Version und 10 für eine modifizierte Version aus Nickel-Chrom-Kohlenstoff. Die Strukturierung erfolgt mit einem Ultrakurzzeitlaser, wobei die Laserstrahlung die Schicht lokal abträgt, ohne wesentliche Beeinflussung der Polyimidfolie. Keine photolithographischen Prozesse und Ätzlösungen werden benötigt. In Abhängigkeit der gewählten Geometrie können hohe elektrische Widerstände von bis zu 50 kΩ erzeugt werden. Als einer der letzten Schritte wird eine gegenüber mechanischer und Umwelt-Einflüsse schützende dielektrische Schicht auf die DMS aufgetragen. Der gesamte Herstellungsprozess wird vorgestellt. Muster der neuen Folien-DMS werden auf Kraftsensoren bekannter Geometrie aufgeklebt und charakterisiert. Vorläufige Ergebnisse des Up-scaling-Prozesses mit Messungen der Empfindlichkeiten, der Linearitäts- und Hysteresefehler, der Kriechfehler und der Stabilität bei unterschiedlichen Temperaturen werden präsentiert. Ein Vergleich der hochempfindlichen Folien-DMS mit Metallfolien-DMS rundet die Arbeit ab und weist auf mögliche Anwendungen hin. Highly sensitive foil strain gauges for different sensing purposes are presented and discussed. The gauges consist of a polyimide foil on which a granular metal, based on nickel and carbon, is deposited as a thin film with a thickness of approx. 150 nm. Gauge factors of 20 are reached for the nickel carbon version, while 10 for a modified nickel-chromium carbon version. Pattern definition is performed with an ultrafast laser system, ablating the thin film from the foil locally. No photolithography and chemical etching is needed. Depending on the geometry of the structure high electric resistances up to 50 kΩ can be achieved. Finally the strain gauges are protected against mechanical and environmental influences by a dielectric film. The whole production process is presented. Samples of the new foil strain gauges are glued onto force sensors with conventional methods. We present preliminary results of the up-scaling process comprising sensitivity, linearity, creep, and stability at different temperatures. A comparison of highly sensitive strain gauges with metal alloy based foil gauges and potential applications are given.
- Subjects
POLYIMIDES; STRAIN gages; DIELECTRIC films; THERMAL stability; POLYMER structure
- Publication
Technisches Messen, 2015, Vol 82, Issue 10, p506
- ISSN
0171-8096
- Publication type
Article
- DOI
10.1515/teme-2015-0066