專利名稱：抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)和真空計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電容薄膜壓力傳感器。
背景技術(shù)：
在文獻(xiàn)“國內(nèi)電容薄膜式壓力變送器發(fā)展現(xiàn)狀，《上海計(jì)量測試》，2002年第I期，第33頁 34頁”中，介紹了一種電容薄膜壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。圖I為該電容薄膜壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)氣室，待測氣室a和參考?xì)馐襜，其中氣室a由底架c以及薄膜e構(gòu)成，氣室b由薄膜e、機(jī)架f以及頂架g構(gòu)成，這兩個(gè)氣室是互相隔離的。電極板d安裝在參考?xì)馐抑?，一般由陶瓷材料制造而成。薄膜e —般由柔韌可變形的不銹鋼或合金材料制造而成。底架C、薄膜e、機(jī)架f、頂架g都由金屬材料構(gòu)成，一般通過焊接連結(jié)到一起，并實(shí)現(xiàn)密封?？譵為參考?xì)馐襛的進(jìn)氣孔、孔η為待測氣室b的抽氣孔。電極p為電極板測量信號的引出。h是一個(gè)彈性單元，其作用是用來固定電極板的位置，從而保證電極板與薄膜的間距穩(wěn)定，h是一個(gè)波浪形墊片，即一個(gè)在軸向方向上有波浪形彎曲的金屬環(huán)形墊片。薄膜與電極板構(gòu)成了一個(gè)電容器，工作原理為通過兩氣室的壓差變化使薄膜變形從而獲得不同的電容值即為測量信號。溫度變化是影響電容壓力傳感器加工和使用的主要因素，電容薄膜壓力傳感器在制造和使用過程中的熱變形會導(dǎo)致電極板與薄膜之間標(biāo)稱間距的變化從而影響測量精度。電極板與薄膜之間的標(biāo)稱間距非常重要，上述電容薄膜壓力傳感器防止標(biāo)稱間距變化的結(jié)構(gòu)為彈性元件h。雖然電極板通過彈性單元h固定安裝在了傳感器中，但是隨著長時(shí)間使用，彈性元件的老化、機(jī)械震動(dòng)、尤其是熱沖擊造成的電容壓力傳感器的熱變形，會使電極與薄膜之間的標(biāo)稱間距還會產(chǎn)生一些較小的變化，而且還會使電極板還產(chǎn)生一些較小的位移，影響了測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，能夠可靠而且在長期使用穩(wěn)定維持電極板的位置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，它包括機(jī)架、底架、薄膜、陶瓷焊料、電極板與電極板導(dǎo)線；機(jī)架包括頂板與側(cè)板，側(cè)板位于頂板的下方，對頂板形成周向支撐，機(jī)架的縱剖面為η型結(jié)構(gòu)，頂板上開有兩個(gè)通孔，一個(gè)為進(jìn)氣孔，另一個(gè)為電線引出口，頂板的下表面中央位置開有凹槽；薄膜焊接在機(jī)架側(cè)板的下端面，將機(jī)架封閉為待測氣室；底架的上表面設(shè)有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的外徑等于薄膜的直徑，底架通過其上的環(huán)形凸臺與薄膜的邊緣焊接，底架中央開有通孔，通孔為抽氣孔；電極板安裝于待測氣室中，它包括電極圓盤以及安裝于電極圓盤上表面中央位置的電極支柱，在電極圓盤與電極支柱的連接處設(shè)有環(huán)形凹槽，電極支柱通過陶瓷焊料套接在機(jī)架頂板下表面的凹槽內(nèi)，電極支柱的上端面距機(jī)架頂板間留有縫隙，電極板懸掛于待測氣室中；電極板導(dǎo)線一端與電極圓盤連接，另一端通過電線引出口引出，并在電線引出口處通過陶瓷焊料密封。有益效果(I)溫度變化通常會影響到傳感器的精度，尤其是具有不同熱膨脹系數(shù)的金機(jī)架和陶瓷電極板的傳感器，本發(fā)明中采用低熱膨脹系數(shù)的陶瓷焊料的固定形式抵消了機(jī)架由于熱沖擊造成的位移；(2)設(shè)置在電極支柱與電極圓盤的交界處的環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)，可消除連接處的應(yīng)力，保持電極板水平；(3)電極板與機(jī)架僅依靠電極支柱接觸，電極板懸掛于待測氣室中不直接與機(jī)架接觸，受到機(jī)架的熱沖擊及機(jī)械振動(dòng)影響較?。?(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)安裝。


圖I為背景技術(shù)中的電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明在受溫度影響下的熱變形示意圖。其中，I-機(jī)架、2-底架、3-薄膜、5電極板、5-1-電極圓盤、5_2_電極支柱、5_3_環(huán)形凹槽、6-電極板導(dǎo)線、7-進(jìn)氣孔、8-抽氣孔、9-電線引出口。
具體實(shí)施例方式參見附圖2，一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，它包括機(jī)架I、底架2、薄膜
3、陶瓷焊料、電極板5與電極板導(dǎo)線6 ；機(jī)架I包括頂板與側(cè)板，側(cè)板位于頂板的下方，對頂板形成周向支撐，機(jī)架I的縱剖面為η型結(jié)構(gòu)，頂板上開有兩個(gè)通孔，一個(gè)為進(jìn)氣孔7，另一個(gè)為電線引出口 9，頂板的下表面中央位置開有凹槽；薄膜3焊接在機(jī)架I側(cè)板的下端面，將機(jī)架I封閉為待測氣室；底架2的上表面設(shè)有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的外徑等于薄膜3的直徑，底架2通過其上的環(huán)形凸臺與薄膜3的邊緣焊接，底架2中央開有通孔，通孔為抽氣孔8 ；電極板5安裝于待測氣室中，它包括電極圓盤5-1以及安裝于電極圓盤5-1上表面中央位置的電極支柱5-2，在電極圓盤5-1與電極支柱5-2的連接處設(shè)有環(huán)形凹槽5-3，電極支柱5-2通過陶瓷焊料套接在機(jī)架I頂板下表面的凹槽內(nèi)，電極支柱5-2的上端面距機(jī)架I頂板間留有縫隙，電極板5懸掛于待測氣室中，電極支柱5-2的上端面距機(jī)架I頂板間的距離為2mm，環(huán)形凹槽5-3外徑與內(nèi)徑之差為2_4mm，環(huán)形凹槽5_3的寬度為電極圓盤5-1寬度的二分之一；電極板導(dǎo)線6 —端與電極圓盤5-1連接，另一端通過電線引出口 9引出，并在電線引出口 9處通過陶瓷焊料密封。參見附圖3，本發(fā)明在受到熱沖擊后冷卻時(shí)，機(jī)架I和電極板5會因?yàn)槔鋮s而收縮；機(jī)架I和電極板5由于材料的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻和收縮的速率也不同。機(jī)架I為金屬材料熱膨脹系數(shù)高，電極板5為陶瓷材料熱膨脹系數(shù)較低，因此機(jī)架I遇冷收縮的快。機(jī)架I收縮方向如圖箭頭a所示，機(jī)架I傾向于收縮到其頂板凹槽直徑比電極板支柱5-2直徑小的位置，但是由于電極支柱5-2和陶瓷焊料收縮慢的原因，機(jī)架頂板內(nèi)壁收縮到其中心孔的直徑和陶瓷焊料直徑相等時(shí)，進(jìn)一步的收縮就會被阻礙，低熱膨脹系數(shù)的陶瓷焊料和電極支柱5-2會產(chǎn)生一個(gè)外壓力，如圖箭頭b所示。這種阻礙力最終使傳感器在穩(wěn)定狀態(tài)下恢復(fù)到正常結(jié)構(gòu)。因此采用了低熱膨脹系數(shù)材料的焊料后，抵消了這種收縮變形趨勢。陶瓷焊料的熱膨脹系數(shù)不僅低于機(jī)架I的熱膨脹系數(shù)還低于電極支柱5-2的，因此冷卻時(shí)收縮的更慢從而抵消了機(jī)架I的收縮。陶瓷焊料產(chǎn)生的抵消力如圖箭頭b所示，它阻止了機(jī)架體上部向內(nèi)的彎曲，有助于保持電極板的穩(wěn)定性，從而保證了傳 感器的測量精度。
權(quán)利要求
1.一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，它包括機(jī)架(I)、底架(2)、薄膜(3 )、陶瓷焊料、電極板(5 )與電極板導(dǎo)線(6 ); 所述機(jī)架(I)包括頂板與側(cè)板，所述側(cè)板位于所述頂板的下方，對所述頂板形成周向支撐，所述機(jī)架(I)的縱剖面為η型結(jié)構(gòu)，所述頂板上開有兩個(gè)通孔，一個(gè)為進(jìn)氣孔(7)，另一個(gè)為電線引出口(9)，所述頂板的下表面中央位置開有凹槽； 薄膜(3)焊接在所述機(jī)架(I)側(cè)板的下端面，將所述機(jī)架(I)封閉為待測氣室； 所述底架(2)的上表面設(shè)有環(huán)形凸臺，所述環(huán)形凸臺的外徑等于所述薄膜(3)的直徑，所述底架(2)通過其上的環(huán)形凸臺與所述薄膜(3)的邊緣焊接，所述底架(2)中央開有通孔，所述通孔為抽氣孔(8)； 所述電極板(5)安裝于所述待測氣室中，它包括電極圓盤(5-1)以及安裝于所述電極圓盤(5-1)上表面中央位置的電極支柱(5-2),在所述電極圓盤(5-1)與所述電極支柱(5-2)的連接處設(shè)有環(huán)形凹槽(5-3)，所述電極支柱(5-2)通過所述陶瓷焊料套接在所述機(jī)架(I)頂板下表面的凹槽內(nèi)，所述電極支柱(5-2)的上端面距所述機(jī)架(I)頂板間留有縫隙，所述電極板(5)懸掛于所述待測氣室中； 所述電極板導(dǎo)線(6)—端與所述電極圓盤(5-1)連接，另一端通過所述電線引出口(9)引出，并在所述電線引出口( 9 )處通過所述陶瓷焊料密封。
2.如權(quán)利要求I所述的一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，所述電極支柱(5-2 )的上端面距所述機(jī)架(I)頂板間的距離為2mm，所述環(huán)形凹槽(5-3 )外徑與內(nèi)徑之差為2-4_，所述環(huán)形凹槽(5-3)的寬度為所述電極圓盤(5-1)寬度的二分之一。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，所述機(jī)架(I)采用金屬材料，所述電極板(5)采用陶瓷材料，所述陶瓷焊料(4)的熱膨脹系數(shù)低于所述電極板(5)的熱膨脹系數(shù)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，在進(jìn)氣孔(7)與抽氣孔(8)處分別設(shè)置有擋板。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)和真空計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電容薄膜壓力傳感器。一種抗熱變形的電容薄膜式壓力傳感器，它包括機(jī)架(1)、底架(2)、薄膜(3)、陶瓷焊料、電極板(5)與電極板導(dǎo)線(6)；薄膜(3)將機(jī)架(1)與底架(2)分隔成兩個(gè)腔室，機(jī)架(1)與薄膜(3)之間的腔室為待測氣室，電極板(5)安裝于待測氣室中，并通過陶瓷焊料與機(jī)架(1)頂板上的凹槽周向連接；陶瓷焊料的熱膨脹系數(shù)不僅低于機(jī)架(1)的熱膨脹系數(shù)還低于電極板(5)的熱膨脹系數(shù)，因此冷卻時(shí)收縮的更慢從而抵消了機(jī)架(1)的收縮，阻止了機(jī)架上部向內(nèi)的彎曲，從而保證了傳感器的測量精度。
文檔編號G01L19/04GK102944353SQ20121045143
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者馬奔, 馮焱, 孫雯君, 盛學(xué)民, 成永軍, 趙瀾 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所