专利名称：一种电镀层应力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及力的测量，特别是一种用于电镀层应力测量的传感器。
二背景技术：
众所周知，在金属电镀过程中，镀层对镀件会产生应力，此应力过大，会使镀件变 形报废，给生产造成损失。镀层应力与电镀的工艺条件密切相关，受到电流密度、温度、镀 液中金属离子及各种添加剂成分含量等工艺参数影响，而这些参数在电镀过程中会不断变 化。因此要在整个电镀过程中，随时监测镀层的应力，根据应力的变化调整镀槽中镀液相应 的工艺参数，以控制镀件应力形变不超出要求。现有镀层应力检测标准规定检测的镀层应力是平面镀层单位面积上的水平应力。根据这一标准规范，目前国内外普遍使用的镀层应力测量装置是日本山本公司生 产的螺旋收缩测量仪。该测量仪使用的应力传感器，也就是应力测量元件，是一个螺旋弹簧 片。该螺旋弹簧片内表面绝缘，外表面电镀，下端固定，上端为活动端，并通过一传动轮带动 一指针转动。该测量元件把镀层应力转化为螺旋弹簧片的形变进行测量将螺旋弹簧片置 入电镀液中，外表面形成镀层后产生的应力在螺旋弹簧片上形成转矩，使螺旋弹簧片径向 发生转动，带动指针转动。指针转动的角度与镀层应力在螺旋弹簧片上形成的转矩大小成 正比，根据指针偏转角度和镀层厚度(根据螺旋弹簧片的几何尺寸和电镀后的增重计算得 出)计算出镀层水平应力的数值。用螺旋弹簧片测量镀层应力存在两个缺点。一是测量时间长。如用其测量镍和镍 钴合金电铸件镀层应力，螺旋弹簧片镀层厚度只有达到18——24 u m，待测应力才能进入稳 定状态。而镀层达到如此厚度，在电流密度为2-3A/d m2的条件下，需要电镀30-60分钟。 加上前期的准备工序和后期的镀层厚度及应力的计算，一个测量周期往往需要1. 5小时以 上。导致该缺点的原因，主要是在电镀初期，螺旋弹簧片在气泵搅动下抖动，其带动的指针 摆动，指示不稳定，也不准确；同时，在开始电镀的10-15分钟，因镀层应力小，螺旋弹簧片 形变力小，不能有效消除指针传动轮的静摩擦影响，使仪器所测数值分散，有时为零，有时 波动为稳态值的几倍，一般需在20分钟以后才能进入一个相对单调变化的稳态过程。第二个缺点是螺旋弹簧片在低应力范围使用时灵敏度低，测量误差大。原因一是 如上所述，螺旋弹簧片在带动指针转动时要克服存在的机械磨擦，在镀层应力较小时，螺旋 弹簧片所受形变力小，此时转动静磨擦起的作用相对较大，测量误差也就相对较大；二是为 增加电镀层与螺旋弹簧片的结合力，事先必须对螺旋弹簧片进行预镀，导致在螺旋弹簧片 上存有预镀残留应力，该应力会使仪器指针在零点产生较大的漂移。
三
实用新型内容本实用新型的目的就是针对上述螺旋弹簧片的缺点提供一种测量时间短、灵敏度 高、测量误差小的电镀层应力传感器。本实用新型提供的电镀层应力传感器包括 个构成闭合磁回路的磁敏片，在磁回路孔上绕有与磁回路相耦合的初级激磁绕组附和次级感应绕组N2，次级感应绕组N2与放 大器相接，在围绕磁回路孔周围的磁敏片表面上有平面电镀区，磁敏片的其余表面(包括 磁回路孔的孔壁)均涂有绝缘漆。本实用新型电镀层应力传感器的设计原理是基于以下磁致伸缩过程中磁畴自磁 化区域与镀层界面相互作同的应力效应。参照图3，受外磁场H作用，与磁场H平行和垂直方向的磁畴自磁化区域的自发磁 化强度MB分别出现伸长和缩短现象，在磁敏片的表面磁畴微区域产生磁化折皱形变，正常 进行的磁致伸缩过程，需要一定自由伸缩空间，而在电镀过程中，由于镀层和磁体连接在一 起，压缩了磁体交流磁化自由伸缩形变空间，磁敏片的表面镀层作为交流磁化形变过程的 负载，阻碍磁化过程正常进行，磁敏片磁滞和涡流损失增大，使磁导率下降，根据e2 = 4kfBSfN2 1(T8 B = u H H = 1凡/1^(其中Kf_波纹系数B-磁感应强度，S-导磁截面积，f-激磁电流频率，N2-次级 感应绕组匝数，u -磁导率，H-磁场强度，lr激磁电流，Nr初级激磁绕组匝数，Lh"磁路长 度)在磁场强度H不变的情况下，因受镀层应力影响，与磁回路相耦合的次级感应绕组N2 的输出电压e2下降；电压e2的变化即反映出镀层应力的变化，利用放大器将e2放大为V2， 即可作为各种检测装置中镀层应力的电压信号，利用V2的变化与镀层应力的对应关系，实 现以镀层应力为传递信号的各种物理量测量。本实用新型的优点(一 )测量时间短。如用本实用新型在电流密度2 3 (A/dm2)条件下测量电铸镍 的镀层应力，镀层厚度只需4-6 u m,时间只需10-15分钟应力测量值即可进入稳定状态。( 二)测量灵敏度高、精度高，尤其在应力小于10N/m m2以下时，其测量值重现性 误差小于lN/m m2。原因一是磁敏片对镀层应力变化反映十分灵敏；二是本实用新型是将应 力信号转化为电信号进行测量，测量过程中不存在机械摩擦对测量造成的不利影响。
四
附图给出的是本实用新型的一个实施例。图1为传感器磁敏片的立体图；图2为传感器磁敏片组件的立体图；图3为磁敏片受外磁场作用表面微区域磁化形变示意图；图4为本实用新型的使用参考图。
五具体实施方式
参照图1和图2，本实用新型传感器的磁敏片1由软磁材料铁镍合金制做，厚度 为0. 8mm,正面呈凸形，上部为导电连接部分，下部为主导磁部分，主导磁部分宽7. 5mm,长 9mm，磁回路孔位于主导磁部分的中心，直径为2mm，磁回路孔上的初级激磁绕组NI和次级 感应绕组N2分别为1匝，次级感应绕组N2与放大器相接。为进一步提高灵敏度，磁敏片的 平面电镀区2分设在前后表面上，相互对应，每个电镀区横向宽7. 5mm，上下长5mm，除电镀 区外，磁敏片的其余表面(包括磁回路孔孔壁在内)，均涂以绝缘漆；将磁敏片置于与其厚 度相同的绝缘固定板3的装配孔中，并用绝缘胶片将其与固定板粘接成一体，只裸露电镀区，用绝缘螺钉5将磁敏片连同固定板固定在装有导电杆6的基座4上。参照图4，本实用新型使用时，将磁敏片1作阴极，与阳极板9 (图中所示磁敏片为 单面电镀，如双面电镀需对称增设另一阳极板)一起置于镀液中，由电镀电源通过导电杆 7、8提供电镀电流I d，初级励磁绕组&与交流励磁电源相接。本实用新型用于不同测量装置，可根据装置的不同要求将放大器与装置的相应部 分相接。按照测量装置的规定使用方法进行测量。本实用新型作为传感部件，既可用于各种电镀层应力测量装置，也可用于以镀层 应力为中间传递信号的其它物理量测量装置。
权利要求一种电镀层应力传感器，包括一个构成闭合磁回路的磁敏片(1)，在磁回路孔上绕有与磁回路相耦合的初级激磁绕组N1和次级感应绕组N2，次级感应绕组N2与放大器相接，其特征是在围绕磁回路孔周围的磁敏片(1)表面上有平面电镀区(2)，磁敏片的其余表面均涂有绝缘漆。
2.根据权利要求1所述的电镀层应力传感器，其特征是所述磁敏片(1)的厚度为 0. 8mm,正面呈凸形，上部为导电连接部分，下部为主导磁部分，磁回路孔位于主导磁部分的 中心，直径为2mm，磁回路孔上的初级激磁绕组NI和次级感应绕组N2分别为1匝，磁敏片的 平面电镀区(2)分设在前后表面上，相互对应。
3.根据权利要求1或2所述的电镀层应力传感器，其特征是所述磁敏片(1)置于与 其厚度相同的绝缘固定板(3)的装配孔中，并用绝缘胶片将其与固定板粘接成一体，只裸 露电镀区(2)，用绝缘螺钉(5)将磁敏片连同固定板固定在装有导电杆(6)的基座(4)上。
专利摘要本实用新型公开了一种电镀层应力传感器，包括一个构成闭合磁回路的磁敏片，在磁回路孔上绕有初级激磁绕组N1和次级感应绕组N2，次级感应绕组N2与放大器相接，在围绕磁回路孔周围的磁敏片表面上有平面电镀区，磁敏片的其余表面均涂有绝缘漆。该传感器具有测量时间短、灵敏度高、测量误差小的特点。
文档编号G01L1/12GK201607297SQ201020132599
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者邱安生, 邱恒 申请人:邱安生