專利名稱：高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)變式壓力傳感器，尤其涉及高溫應(yīng)變式薄膜壓力傳感器的技術(shù)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在航天飛行器、飛機(jī)、艦船、戰(zhàn)車、坦克等裝備上，在油田勘測、井下壓力測量、發(fā)動(dòng)機(jī)或液壓機(jī)械以及供排水裝置的壓力測量等工作中，都需要使用壓力傳感器。目前，電阻應(yīng)變式壓力傳感器分為三類第一類是采用有機(jī)膠將功能應(yīng)變箔片粘貼在壓力腔的彈性膜片上，但由于粘貼層間的受力滑動(dòng)和有機(jī)膠老化，致使壓力傳感器的穩(wěn)定性和可靠性差，溫度變化對性能的影響大，工作溫度范圍窄；第二類是采用絲網(wǎng)印刷方法，將功能應(yīng)變材料印刷在壓力腔的彈性膜片上，這種厚膜應(yīng)變壓力傳感器同樣存在精度不高，工作溫度范圍窄的缺點(diǎn)；第三類是采用濺射淀積薄膜工藝，將功能應(yīng)變材料沉積在壓力腔的彈性膜片上，這類薄膜壓力傳感器的穩(wěn)定性有明顯提高，可靠性也較好，工作溫度范圍較上述二種傳感器有所加寬，但由于淀積薄膜的粒子是物理汽相淀積過程產(chǎn)生的，薄膜存在晶粒大、分布疏松、附著力差的缺陷，致使傳感器的動(dòng)/靜態(tài)電性能、抗滑移/蠕變等機(jī)械性能、發(fā)/散熱及工作溫度等溫度性能仍然不理想，且產(chǎn)品的重復(fù)性差，成品率低，價(jià)格昂貴，影響了其推廣應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種工作溫度范圍更寬、測量精度及長期穩(wěn)定性更好、且成品率較高的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器。
為此，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，是由帶螺紋和密封環(huán)的引壓連接管、彈性杯底淀積有多層薄膜的承壓鋼杯和外罩，以順次緊密套接并焊封而成，多層薄膜自彈性杯底向外依次為絕緣隔離膜、應(yīng)變敏感納米膜、引線導(dǎo)電膜、鈍化保護(hù)膜，與引線導(dǎo)電膜連接的輸出導(dǎo)線通過外罩引出，其特征在于所述的絕緣隔離膜是由納米量級金屬氧化物層和介質(zhì)層多層交替淀積而形成，其總厚度在4000～7000納米之間。
所述的絕緣隔離膜中的金屬氧化物層有五層，其成分是Ta2O5，介質(zhì)層也有五層，其成分是SiO2、或Al2O3；所述的應(yīng)變敏感納米膜是由納米量級的Ni-Cr合金材料淀積、光刻而成的平面電阻，其膜厚在50～120納米之間；所述的鈍化保護(hù)膜是一種介質(zhì)膜，其成分是SiO2或SiO，膜厚在350～550納米之間；在所述的平面電阻的引出焊盤上淀積有引線導(dǎo)電膜，其材質(zhì)是金質(zhì)的，膜厚在1000～2000納米間，金質(zhì)引線導(dǎo)電膜上焊接有金質(zhì)雙絲內(nèi)引線；所述的承壓鋼杯的彈性杯底的表面光潔度達(dá)10級以上。
所述的應(yīng)變敏感納米膜形成八個(gè)平面電阻，中心四個(gè)、邊緣四個(gè)地均勻分布在彈性杯底表面，并引出六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線。
所述的承壓鋼杯焊接在引壓連接管的上端，外罩焊接在承壓鋼杯的上端，在外罩以內(nèi)的彈性杯底上還焊接有環(huán)行支架，環(huán)行支架上固定有外引線板，環(huán)形支架上還設(shè)有螺桿緊固件以分隔、固定補(bǔ)償電路板。
所述的外引線板是在陶瓷基板上形成八個(gè)中繼鍍金焊盤，其上分別承焊有平面電阻橋路的六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線；所述的補(bǔ)償電路板是耐高溫化纖膠合板或陶瓷基板印刷電路板，其輸入導(dǎo)線分別與外引線板上的四個(gè)中繼鍍金焊盤相焊接，接收平面電阻橋路輸出的電信號，加以處理后通過輸出導(dǎo)線輸出電壓信號。
所述的外罩的頂端開有輸出導(dǎo)線嘴，輸出導(dǎo)線嘴上還套有耐溫橡塑密封套，輸出導(dǎo)線從上述嘴、套中孔引出。
由于采用了上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)，引進(jìn)了納米量級的五層交替淀積絕緣隔離膜和應(yīng)變敏感納米膜，使納米膜層附著力及致密度大大增加；而外引線板的陶瓷基板使從應(yīng)變敏感納米膜傳導(dǎo)而來的熱量迅速傳導(dǎo)給傳感器外壁散發(fā)出去，有效地防止電路板中熱量的積聚、升溫，并阻擋了熱量向間隔開的補(bǔ)償電路板的傳導(dǎo)，保證了補(bǔ)償電路能在更為穩(wěn)定的環(huán)境溫度下穩(wěn)定地工作，進(jìn)一步提高了測量精度、穩(wěn)定性等性能。所以，本發(fā)明的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器較現(xiàn)有同類產(chǎn)品的綜合精度(含非線性、重復(fù)性、遲滯誤差)及零點(diǎn)溫漂提高了一個(gè)數(shù)量級，絕緣及橋路電阻提高兩倍，工作溫度范圍向冷、熱兩端分別擴(kuò)展了約150℃和200℃，且長期穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能均有提高，抗震動(dòng)，耐沖擊及抗電磁輻射，具體參數(shù)為綜合精度0.05～0.2級， 零點(diǎn)溫度漂移≤0.005％F·S/℃，絕緣電阻≥105MΩ/100V.DC，零點(diǎn)時(shí)間漂移＜0.1％F·S/年，工作溫度范圍-200℃～+300℃ 測量壓力0～100MPa，長期穩(wěn)定性＞10年， 橋臂電阻2～10KΩ。
此外，應(yīng)變敏感納米膜和多層交替的絕緣隔離膜的應(yīng)用，可配合離子搬遷原子的薄膜沉積技術(shù)，簡化工藝，提高成品率，降低生產(chǎn)成本，因而大大提高了產(chǎn)品的市場競爭能力。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作出說明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
圖2為彈性杯底及多層薄膜的局部結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示一種高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，是由帶螺紋及密封環(huán)1的引壓連接管2、彈性杯底3-1淀積有多層薄膜4的承壓鋼杯3和外罩5，以順次緊密套接并焊封而成，即承壓鋼杯3焊接在引壓連接管2的上端，外罩5焊接在彈性杯底3-1的外周，在外罩5以內(nèi)的彈性杯底3-1上還焊接有環(huán)行支架6，環(huán)行支架6上固定有外引線板7，環(huán)形支架6上還設(shè)有螺桿緊固件8以分隔、固定補(bǔ)償電路板9；所述的外引線板7是在陶瓷基板上形成八個(gè)中繼鍍金焊盤，其上分別承焊有平面電阻橋路的六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線10(僅畫出其中之二根)；所述的補(bǔ)償電路板9是耐高溫化纖膠合板或陶瓷基板印刷電路板，其輸入導(dǎo)線11分別與外引線板7上的四個(gè)中繼鍍金焊盤相焊接，即僅選擇四個(gè)平面電阻以形成惠斯登電橋(其余四個(gè)平面電阻作為備用)，并接收平面電阻橋路輸出的電信號，加以處理后通過輸出導(dǎo)線12輸出電壓信號；所述的外罩5的頂端開有輸出導(dǎo)線嘴5-1，輸出導(dǎo)線嘴5-1上還套有耐溫橡塑密封套13，輸出導(dǎo)線12從上述嘴5-1、套13中孔引出。
如圖2所示多層薄膜4自彈性杯底3-1向外依次為絕緣隔離膜4-1、應(yīng)變敏感納米膜4-2、引線導(dǎo)電膜4-3、鈍化保護(hù)膜4-4，其特征在于所述的絕緣隔離膜4-1是由納米量級金屬氧化物層和介質(zhì)層五層交替淀積而形成，其總厚度在4000～7000納米之間，其中，金屬氧化物層有五層，其成分是Ta2O5，介質(zhì)層也有五層，其成分是SiO2、或Al2O3；所述的鈍化保護(hù)膜4-4是一種介質(zhì)膜，其成分是SiO2或SiO，膜厚在350～550納米之間；所述的應(yīng)變敏感納米膜4-2是由納米量級的Ni-Cr合金材料淀積、光刻而成的膜厚在50～120納米之間的八個(gè)平面電阻，中心四個(gè)、邊緣四個(gè)地均勻分布在彈性杯底3-1表面；在所述的平面電阻的引出焊盤4-20上淀積有引線導(dǎo)電膜4-3，其材質(zhì)是金質(zhì)的，膜厚在1000～2000納米間，金質(zhì)引線導(dǎo)電膜4-3上焊接有金質(zhì)雙絲內(nèi)引線10，八個(gè)平面電阻引出六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線10；所述的承壓鋼杯3的彈性杯底3-1的表面光潔度達(dá)10級以上。
現(xiàn)結(jié)合以上附圖進(jìn)一步說明其工作原理當(dāng)被測介質(zhì)(氣體、液體)進(jìn)入引壓連接管2中后，其壓力作用在圓形承壓鋼杯3的彈性杯底3-1上，彈性杯底3-1產(chǎn)生變形，導(dǎo)致應(yīng)變敏感納米膜4-2上的平面電阻橋路失去平衡，并從四支引出焊盤4-20即金質(zhì)雙絲引線10輸出壓力電信號到外引線板7上的四個(gè)中繼焊腳，由于多層薄膜4的厚度更薄，橋路電阻值更大，絕緣性能更好，故信號響應(yīng)性能及穩(wěn)定性能均大大提高；而外引線板7的陶瓷基板使從應(yīng)變敏感納米膜4-2傳導(dǎo)而來的熱量迅速傳導(dǎo)給傳感器外壁散發(fā)出去，有效地防止電路板中熱量的積聚、升溫，并阻擋了熱量向間隔開的補(bǔ)償電路板9的傳導(dǎo)，保證了補(bǔ)償電路能在更為穩(wěn)定的環(huán)境溫度下穩(wěn)定地工作，進(jìn)一步提高了測量精度、穩(wěn)定性等性能；補(bǔ)償電路對來自應(yīng)變敏感納米膜4-2的電信號進(jìn)一步作溫度、零點(diǎn)輸出補(bǔ)償修正后，經(jīng)信號輸出導(dǎo)線12向外輸出。
權(quán)利要求
1.一種高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，是由帶螺紋和密封環(huán)的引壓連接管、彈性杯底淀積有多層薄膜的承壓鋼杯和外罩，以順次緊密套接并焊封而成，多層薄膜自彈性杯底向外依次為絕緣隔離膜、應(yīng)變敏感納米膜、引線導(dǎo)電膜、鈍化保護(hù)膜，與引線導(dǎo)電膜連接的輸出導(dǎo)線通過外罩引出，其特征在于所述的絕緣隔離膜是由納米量級金屬氧化物層和介質(zhì)層多層交替淀積而形成，其總厚度在4000～7000納米之間。
2.如權(quán)利要求1所述的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，其特征在于所述的絕緣隔離膜中的金屬氧化物層有五層，其成分是Ta2O5，介質(zhì)層也有五層，其成分是SiO2、或Al2O3；所述的應(yīng)變敏感納米膜是由納米量級的Ni-Cr合金材料淀積、光刻而成的平面電阻，其膜厚在50～120納米之間；所述的鈍化保護(hù)膜是一種介質(zhì)膜，其成分是SiO2或SiO，膜厚在350～550納米之間；在所述的平面電阻的引出焊盤上淀積有引線導(dǎo)電膜，其材質(zhì)是金質(zhì)的，膜厚在1000～2000納米間，金質(zhì)引線導(dǎo)電膜上焊接有金質(zhì)雙絲內(nèi)引線；所述的承壓鋼杯的彈性杯底的表面光潔度達(dá)10級以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，其特征在于所述的應(yīng)變敏感納米膜形成八個(gè)平面電阻，中心四個(gè)、邊緣四個(gè)地均勻分布在彈性杯底表面，并引出六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線。
4.如權(quán)利要求3所述的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，其特征在于所述的承壓鋼杯焊接在引壓連接管的上端，外罩焊接在承壓鋼杯的上端，在外罩以內(nèi)的彈性杯底上還焊接有環(huán)行支架，環(huán)行支架上固定有外引線板，環(huán)形支架上還設(shè)有螺桿緊固件以分隔、固定補(bǔ)償電路板。
5.如權(quán)利要求4所述的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，其特征在于所述的外引線板是在陶瓷基板上形成八個(gè)中繼鍍金焊盤，其上分別承焊有平面電阻橋路的六根金質(zhì)雙絲內(nèi)引線；所述的補(bǔ)償電路板是耐高溫化纖膠合板或陶瓷基板印刷電路板，其輸入導(dǎo)線分別與外引線板上的四個(gè)中繼鍍金焊盤相焊接，接收平面電阻橋路輸出的電信號，加以處理后通過輸出導(dǎo)線輸出電壓信號。
6.如權(quán)利要求5所述的高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器，其特征在于所述的外罩的頂端開有輸出導(dǎo)線嘴，輸出導(dǎo)線嘴上還套有耐溫橡塑密封套，輸出導(dǎo)線從上述嘴、套中孔引出。
全文摘要
一種高溫應(yīng)變納米膜壓力傳感器,由帶螺紋和密封環(huán)的引壓連接管、彈性杯底淀積有多層薄膜的承壓鋼杯、外罩順次緊套焊封構(gòu)成,多層薄膜自彈性杯底向外依次為:絕緣隔離膜、應(yīng)變敏感納米膜、引線導(dǎo)電膜、鈍化保護(hù)膜,與引線導(dǎo)電膜連接的輸出導(dǎo)線通過外罩引出,其特征為:絕緣隔離膜是由納米量級Ta
文檔編號G01L9/04GK1346974SQ0113154
公開日2002年5月1日 申請日期2001年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者雷衛(wèi)武, 楊彪, 安志超 申請人:湖南長沙索普測控技術(shù)有限公司