專利名稱：用于真空測量的電容式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的電容式壓力傳感器，尤其是
一種采用陶瓷合金為組件的主要用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器。
技術(shù)背景 眾所周知，利用彈性膜的結(jié)構(gòu)做成一個可變電容結(jié)構(gòu)，當彈性薄膜在受到壓力作 用后，產(chǎn)生一程度的撓曲，利用其撓曲度的變化，其彈性薄膜與相對置的電極之間的距離發(fā) 生改變，從而使電容量發(fā)生變化。不同的壓力值決定了不同的電容值，通過一個評估單元即 可顯示出壓力值信號。根據(jù)這一原理，人們選用了各種材料制造出了不同結(jié)構(gòu)的用于真空 測量的電容壓力傳感器。例如選用硅材料或以硅材料和玻璃襯底而制成的壓力傳感器，在 真空運用時，只能測量較高的壓力范圍，而在較低的壓力范圍下，采用硅材不再可能實現(xiàn)高 的分辨力，而且受環(huán)境因素影響大。為此，人們選用了合金或陶瓷材料制造出了各種不同結(jié) 構(gòu)的真空用的壓力測量傳感器。例如，美國MKS公司發(fā)明生產(chǎn)的、利用合金材質(zhì)制成一個密 封的外殼，殼內(nèi)布置有一個利用陶瓷材料制成的一個電極板和一個利用合金材質(zhì)制成的膜 片，由于極板和膜片間距離位置的固定依靠壓環(huán)彈簧，而壓環(huán)彈簧容易松動，就很容易造成 極板和膜片間的距離發(fā)生改變，從而影響了該傳感器的測量可靠性。德國萊寶公司發(fā)明生 產(chǎn)的此類用于真空測量的傳感器，雖然克服了以上缺陷，但是完全采用了陶瓷材料。眾所 周知，陶瓷材質(zhì)的化學(xué)性和物理特性雖然穩(wěn)定，但牢固不足，尤其是此類傳感器內(nèi)采用的傳 感元件膜片很薄，在受到一定地外力沖去后，容易產(chǎn)生碎裂，從而影響了該傳感器的使用壽 命，而且此類傳感器的制造工藝要求很高、很復(fù)雜，結(jié)構(gòu)造價太高。
發(fā)明內(nèi)容 本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)上的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，工藝制造要 求低的真空度測量元件，它可測量至少低至102Pa 1000KP范圍的壓力，測量精度高于 0.5%，測量范圍可通過本實用新型的多個測量元件和膜片的結(jié)構(gòu)配置來實現(xiàn)，而且具有耐 蝕性，結(jié)構(gòu)牢固可靠和造價低。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)、工作特性穩(wěn)定承受過壓能力強，測量靈敏度高，具 有很強的牢固性密封性和耐蝕性、能夠長時期高精度地測量不同真空壓力段壓力值的電容 式壓力傳感器。 為此，本實用新型采用了一個以耐酸耐蝕性的合金為外殼(5)，內(nèi)置陶瓷件，兩者 緊密而牢固地合成為一體，以此陶瓷合金件為基件(10)，陶瓷件的一面為基面，經(jīng)研磨后形 成了只有一定深度的曲面，通過鍍成測射金屬(金或銀等)元素后，形成了該傳感器的電容 電極的固定極板(19)，在該板下方以保持一定位移距離密封布置了一個在其邊緣處的膜片 (ll)，由于該膜片也是由耐蝕性彈性合金制成，所以就形成了該傳感器的電容測量電極，該電極通過電容電極體(2)上的導(dǎo)電柱(20)連接外殼(1)上的"絕緣子"(9)密封性地引出， 這樣電容電極體(2)和外殼(1)密封性地連接，就在該膜片(11)的上方就形成了一個基準 真空腔體(16)，在該膜片的下方也以保持一定位移距離，在其邊緣處密封布置了另一外殼 (3)，這樣也就形成了一個真空壓力檢測腔(18)，該檢測腔下方密封布置有一個與被測介質(zhì) 相通的輸入連接管(15)

圖1、為本實用新型結(jié)構(gòu)的橫斷面示意圖 圖2 7、為本實用新型的合種測量元件結(jié)構(gòu)的橫斷面示意圖 圖1以橫斷面表示用合金和陶瓷的合成件制成的本實用型電容式真空壓力傳感 器的大致完全相對于膜片對稱布置的結(jié)構(gòu)。第一外殼(1)內(nèi)耐酸耐蝕性合金制成。圖2以 橫斷的表示，殼上布置有"吸氣劑罩室"(8)，室內(nèi)設(shè)置有能保證基準真空腔體(16)內(nèi)長期 穩(wěn)定的真空度的"吸氣劑"(7)，該"吸氣劑"是一種不蒸發(fā)的，以免在該腔體內(nèi)產(chǎn)生蒸發(fā)粒 子，影響該腔體的真空度的穩(wěn)定，圖3以橫斷面表示本實用新型電容式真空壓力傳感器的 測量電極信號的引出端子"絕緣子"(9)，它與電容電極體(2)的電極合金棒連接，從而將電 容電極信號密封性地引出。圖(4)以橫斷面表示本實用新型電容式真空壓力傳感器的另一 測量元件合金銅套(13)它被密封布置在外殼(1)上通過其與抽氣裝置連接后抽氣，使該傳 感器的基準真空腔內(nèi)的壓力就能達到所需的額定范圍。圖5以橫斷面表示本實用新型電容 式真空壓力傳感器的電容電極體(2)它是以耐蝕性合金(5)和陶瓷材料(6)經(jīng)過粘接或 焊接成一體的陶瓷合金體，陶瓷件上布有上下相通的通氣孔(17)，中心處布有電容電極信 號的合金導(dǎo)電棒(20)圖6以橫斷面表示本實用新型電容式真空壓力傳感器的電容電極體 (2)對置的壓力感受膜片(11)是具有厚度不等的，由耐蝕性彈性合金制成的彈性膜片，而 其陶瓷表面(19)是具有經(jīng)研磨拋光后的曲面，通過鍍或測射金屬元素后，形成的一層導(dǎo)電 層(19).圖7以橫斷面表示本實用新型電容式真空壓力傳感器的另一傳感元件外殼(2)其 和膜片(11)密封布置的表面之間，必須形成一個足夠大的曲面，以便形成一個足夠大的真 空壓力測量腔(18)，連接管(15)密封式地連接在這個外殼的基板(12)上。
具體實施方式
為了制造具有上述特性，功能完好的傳感器，遵循有關(guān)的制造方法十分重要，為了 實現(xiàn)這一目的，采用了一種耐酸耐蝕性合金的外殼(5)內(nèi)置陶瓷件兩者牢固無應(yīng)力地合成 一體，以陶瓷件的一面為基面，經(jīng)研磨后形成了具有一定深度的曲面，通過鍍或濺射金屬 (金或銀等)形成了電容電極的固定極板，在該電板板下方布置了厚度(10 200微米)不 等的規(guī)格的彈性膜片(11)，這樣本實用新型涉及制造的傳感器的測量范圍可通過所涉及的 測量元件之間的配置未覆蓋或劃分，典型的如電容電極體(2)的曲面深度和不同厚度的膜 片(11)之間的配置來實現(xiàn)。在1000 (Tor)時，膜片的厚度為200微米時，曲面深度(200 300微米)在100 (Tor)時，膜片的厚度為50 80微米時，曲面深度(150 200微米) 在10 (Tor)時，膜片的厚度為30 40微米時，曲面深度(100 150微米)在1 (Tor)時，膜片的厚度為20 30微米時，曲面深度(100 150微米)[0014] 在0. 1 (Tor)時，膜片的厚度為15 25微米時，曲面深度(80 100微米) 這樣厚度不等的膜片由于采用了耐蝕性的彈性合金作為基材，經(jīng)過多次熱軋和壓 延后，膜片的平整度和氨氣氣密性都得到了保證。膜片在被剪切成成需大小規(guī)格壓緊整平 后放入63(TC溫度的真空爐中進行淬火，保溫數(shù)小時后，該膜片即具備了優(yōu)良的彈性，且同 時膜片在與電容電極體密封布置前，必須制造一個壓和繃緊裝置以控制好該膜片的位移變 化量后，方可和電容電極體(2)進行配置。 為了長期保證該傳感器測量的精確功能，基準真空腔內(nèi)必須始終保持長期穩(wěn)定的 真空度，為此在本傳感器傳感元件(13)，在和抽氣泵連接抽氣后，必須在該傳感器的基準真 空腔內(nèi)設(shè)置"吸氣劑"(7)，該"吸氣劑以很小體積設(shè)置在外殼(1)上的"吸氣罩室"(8)內(nèi)， 當該傳感器的基準真空腔壓力達到成需額度的情況后，加熱"吸氣劑"(7).使之被激活，傳 感元件(13)被真空式地密封，從而長期保證了基準真空腔體中的真空度。 本實用新型電容式真空壓力傳感器設(shè)置在測量側(cè)的第二殼體(2)，由一塊平的耐 酸耐蝕性合金制成，該合金被制作了一塊平板、在膜片側(cè)具有一個大面積的曲面，以便形成 足夠大真空壓力測量腔體，連接管(15)通過粘接或焊接連接在這個合金外殼上，使連接口 與將來的真空壓力測量系統(tǒng)連通。 為了保證該傳感器各傳感元件之間的連接長期的密封性，必須對各傳感元件之間 的連接進行氦氣氣密性檢測。 按本實用新型依據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述制造的電容式真空壓力傳感器，體積 小，造價低廉工作特性穩(wěn)定，線性和靈敏度優(yōu)良，測量精度高，經(jīng)實驗證明，其性能指標可達 到 1、測量精度 0.5% 2、壓力范圍 0. 1 (Tor) 1000 (Tor) 3、過壓能無損的承受大氣壓或測量上限200%的壓力 4、響應(yīng)時間 < 20ms 5、測量環(huán)境的溫度 -50 IO(TC
權(quán)利要求用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于設(shè)有帶有一個用耐酸耐蝕性合金材料制成的第一殼體(1)和一個以耐蝕性彈性合金材料和陶瓷材料合成的合成件為電容電極體(2)，以固定地并保持一定位移距離的在其邊緣處密封封布置的，用耐酸耐蝕性彈性合金制成的壓力感受膜片(11)，其中電容電極體(2)對置于膜片(11)的陶瓷表面涂覆有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成測量電容，這樣在其間就構(gòu)成了一個基準真空腔(16)，用耐酸耐蝕性合金制成第二殼體(3)，對膜片(11)在邊緣處密封布置，就與該膜片(11)之間形成了一個真空壓力測量腔(18)，連接導(dǎo)管(15)密封式地導(dǎo)入就與被測介質(zhì)相通。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器其特征在于第一殼體 (1)上布置有用于安裝"吸氣劑"(7)的"吸氣劑罩室"(8)，布置有電極信號引出端子"絕緣 子"(9)和一個用作將該傳感器的基準真空腔內(nèi)空氣排出的合金銅套(18)，它們均與外殼 (1)相通并真空式地密封。
3. 如權(quán)利要求l所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于外殼(1) 上布置的"吸氣劑"為非蒸發(fā)性的，被壓簧(14)壓緊固定在"罩室"(8)內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求l所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于外殼(1) 上布置的電極信號引出端子"絕緣子"(9)是以耐酸耐蝕性合金為基座，內(nèi)置陶瓷件，陶瓷 件中心處內(nèi)插合金棒，三者密封式地連接。
5. 如權(quán)利要求l所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于外殼(1) 上布置的合金銅套，是以耐酸耐蝕性合金為基座，內(nèi)插銅管，銅管和合金密封式地連接，就 構(gòu)成了將該傳感器基準真空腔中空氣排出的"合金銅套"(13).
6. 如權(quán)利要求1所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于所述的電 容電極體(2)是一個以耐酸耐蝕性合金為基座(5)內(nèi)置一塊陶瓷件(6)，陶瓷件被牢固而 緊密地粘接或焊接于合金中的陶瓷合金的合成件(10)，且陶瓷件上布置有若干個上下相通 的通氣孔(17)，陶瓷件中心處布置有上下相通的金屬導(dǎo)電柱(20)，導(dǎo)電柱(20)與"絕緣子 "(9)連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于所述的電 容電極體(2)所對置的壓力感受膜片(11)的陶瓷面是經(jīng)研磨后形成了一個具有一定深度 150 300微米的曲面，通過對其鍍和濺射金屬元素后，在其表面形成了電容電極的固定極 板(19)，但同時在其邊緣處設(shè)置了絕緣層，以免與合金基座(5)導(dǎo)電相通。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于所說的壓 力感受膜片(11)，是采用耐酸耐蝕性彈性合金制成的"彈性膜片"，具有10 200微米不等 的厚度，彈性硬度(HV > 380)，不平整度小于其位移變化量的10%，配置在該傳感器內(nèi)，在 受到額定壓力下，其位移變化量必須介于3 250微米的范圍。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于所說的第 二殼體(3)所對置的膜片(11)的表面，必須形成一個具有^ 300微米的曲面。
10. 如權(quán)利要求l所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，其特征在于直徑 10 70mm，厚度10 50mm。
專利摘要本實用新型專利涉及的是一種由合金金屬和陶瓷材料合成的合成件為組件的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器，它具有很強的牢固性和耐蝕性，為了使其具有很高的靈敏性、高精度地測量出不同真空壓力段的壓力值，本傳感器采用了厚度(10～200微米)不等的由耐蝕性的彈性合金材料制成的“彈性合金膜片”。這些膜片被非常緊密地、對稱和無應(yīng)力地配置在一個由合金和陶瓷材料合成的合成件中。
文檔編號G01L9/12GK201464109SQ200920071449
公開日2010年5月12日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者戴德仁 申請人:戴德仁