Jump to ContentJump to Main Navigation
Show Summary Details
More options …

tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard


IMPACT FACTOR 2017: 0.476

CiteScore 2017: 0.46

SCImago Journal Rank (SJR) 2017: 0.239
Source Normalized Impact per Paper (SNIP) 2017: 0.566

Online
ISSN
2196-7113
See all formats and pricing
More options …
Volume 82, Issue 10

Issues

Hochempfindliche Folien-Dehnungsmessstreifen auf dem Weg zur technologischen Reife

Process development of highly sensitive foil strain gauges

Dennis Vollberg
  • Corresponding author
  • HTW saar, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Goebenstr. 40, 66117 Saarbrücken, Germany
  • Email
  • Other articles by this author:
  • De Gruyter OnlineGoogle Scholar
/ Anne-Catherine Probst / Matthäus Langosch / Alexander Landes / Dirk Göttel / Mario Cerino / Angela Lellig / Olivia Freitag-Weber / Günter Schultes
Published Online: 2015-10-01 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0066

Zusammenfassung

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.

Abstract

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.

Schlagwörter: Folien-Dehnungsmessstreifen; DMS; Dünnschicht-DMS; Sensorschichten; granulare Metallschichten; Laser-Strukturierung; hoher k-Faktor; hohe Dehnungsempfindlichkeit; Hochohmigkeit

Keywords: Foil strain gauges; thin films; granular metal; Ni:a-C:H; laser patterning; high sensitivity; high gauge factor; high electrical resistivity

About the article

Dennis Vollberg

Dennis Vollberg schloss 2012 sein Studium als Master of Science im Bereich Mechatronik und Sensortechnik an der htw saar ab. Seitdem arbeitet er in der Forschungsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnologie und beteiligt sich an der Entwicklung von Sensoren auf Basis dünner Schichten. Er ist Spezialist zur Applikation von Dünnschicht-Folien-DMS und der damit verbundenen Messtechnik.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken, Tel.: +49 (0)681 85787-69

Anne-Catherine Probst

Anne-Catherine Probst schloss 2011 ihr Promotionsstudium an der Fakultät Physik und Mechatronik der Universität des Saarlandes in Saarbrücken ab. Seit 2008 arbeitet sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der htw saar in der Forschungsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnik. Sie ist an der Entwicklung dehnungsempfindlicher Dünnschichten beteiligt. Ihr besonderes Augenmerk gilt der Messdatenauswertung und -analyse.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken

Matthäus Langosch

Matthäus Langosch promovierte 2014 an der Fakultät Physik und Mechatronik der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Anschließend wechselte er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an die htw saar, um in der Forschungsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnologie an der Entwicklung von funktionalen Dünnschichten zu arbeiten. Sein besonderes Interesse gilt der Finiten-Elemente-Simulation und Anwendungen in der Medizintechnik.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken

Alexander Landes

Alexander Landes schloss 2013 im Studiengang Mechatronik und Sensortechnik an der htw saar mit dem Titel Master of Science ab. Als Projektmitarbeiter beschäftigt er sich mit der Herstellung von Kraftsensoren und ist zuständig für deren Charakterisierung und Erprobung.

Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik ZeMA gGmbH, Eschberger Weg 46, 66121 Saarbrücken, Germany

Dirk Göttel

Dirk Göttel schloss 2002 sein Studium als Diplom-Ingenieur im Bereich Sensor und Feinwerktechnik an der htw saar ab. Er arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Entwicklung dehnungsempfindlicher Dünnschichten. Der Sputtertechnologie und der Messtechnik gilt sein besonderes Interesse. Dirk Göttel ist Inhaber verschiedene Patente zu diesen Themen.

Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik ZeMA gGmbH, Eschberger Weg 46, 66121 Saarbrücken, Germany

Mario Cerino

Mario Cerino schloss 2012 sein Studium als Master of Engineering im Bereich Mikrosystem- und Nanotechnologie an der FH-Kaiserslautern ab. Er ist als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig und beschäftigt sich mit der Prozessentwicklung von hochempfindlichen granularen Metall-Dünnschichten sowie deren Anwendung bei Drucksensoren und Folien-Dehnungsmessstreifen.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken

Angela Lellig

Angela Lellig schloss 1993 ihr Studium als Diplom-Ingenieurin für Metallurgie und Werkstoffwissenschaften an der RWTH Aachen ab. Sie arbeitet in der Forschungsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnik als wissenschaftliche Mitarbeiterin und beschäftigt sich unter anderem mit der Röntgendiffraktometrie dünner Schichten.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken

Olivia Freitag-Weber

Olivia Freitag-Weber promovierte 1992 an der Universität des Saarlandes im Bereich Festkörperphysik. Seit 1993 ist sie an die htw saar tätig und arbeitet als Dozentin und wissenschaftliche Mitarbeiterin mit dem Schwerpunkt Werkstoffanalytik und Rasterelektronenmikroskopie.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken

Günter Schultes

Günter Schultes hat Physik an der RWTH-Aachen studiert und wurde mit einem Beitrag zur Festkörperphysik promoviert. Nach einer etwa 10-jährigen Tätigkeit in der Sensorikindustrie ist er seit 1998 Professor an der htw saar im Studiengang Mechatronik und Sensortechnik. Von 2007 bis 2012 war er Prorektor für Forschung und Wissenstransfer dieser Hochschule. Er leitet die Forschungsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnik, in der aktuelle Themen der Druck-, Kraft- und Temperatursensorik bearbeitet werden.

htw saar – Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Sensorik und Dünnschichttechnologie, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken


Revised: 2015-08-07

Accepted: 2015-08-28

Received: 2015-07-31

Published Online: 2015-10-01

Published in Print: 2015-10-28


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 82, Issue 10, Pages 506–516, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0066.

Export Citation

©2015 Walter de Gruyter Berlin/Boston.Get Permission

Comments (0)

Please log in or register to comment.
Log in