一種小型化壓阻式壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型化壓阻式壓力傳感器，該傳感器包括頂蓋、外殼、引壓嘴、轉接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，引壓嘴和外殼焊接連接。本發(fā)明提供的壓阻式壓力傳感器既能縮小產品的尺寸和質量，還能保證產品具有優(yōu)良的溫度特性和結構強度，能夠滿足航天領域的需求。
【專利說明】
一種小型化壓阻式壓力傳感器
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于壓力傳感器技術領域，具體涉及一種壓阻式壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]沿著半導體的某一軸向施加力的作用，半導體的電阻率會發(fā)生顯著的變化，這種現象稱為半導體的壓阻效應。利用半導體的壓阻效應制成的壓力傳感器即為壓阻式壓力傳感器。
[0003]壓阻式壓力傳感器在軍事和航空航天領域應用廣泛，許多應用場合對傳感器的可靠性和溫度誤差都有嚴格的要求，而應用于航天型號的產品對產品的質量和尺寸又有嚴格的要求。目前研制的高可靠性壓力傳感器中，硅-藍寶石結構的壓力傳感器因具有絕佳的結構強度和溫度特性而占有大量市場，但是該傳感器價格昂貴，質量大且結構復雜，不利于產品的小型化趨勢。
[0004]本發(fā)明提出了一種小型化壓阻式壓力傳感器的結構設計，既能縮小產品的尺寸和質量，還能保證產品具有優(yōu)良的溫度特性和結構強度。結構設計主要包括傳感器的機械結構、電路板的結構設計及產品的內部裝配結構設計。采用本發(fā)明提出的結構設計，壓阻式壓力傳感器整機尺寸為Φ30_Χ74_，質量小于100g，同時全溫度范圍總精度小于1%，可承受3倍設計量程壓力。
[0005]本發(fā)明設計的壓力傳感器機械結構包括引壓嘴、轉接件、外殼、頂蓋和電連接器。壓力傳感器的敏感元件通過焊接連接到引壓嘴上，外殼與引壓嘴焊接連接，轉接件連接引壓嘴并固定電路板，外殼和頂蓋通過螺釘連接，電連接器與頂蓋通過螺釘連接。傳感器的電路板設計采用了智能溫度補償技術，既能消除溫度誤差，又能調整傳感器的輸出范圍。該技術調試過程高效整潔，可以顯著地提高生產效率和可靠性。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種小型化壓阻式壓力傳感器，既能縮小產品的尺寸和質量，還能保證產品具有優(yōu)良的溫度特性和結構強度。
[0007]本發(fā)明提供了一種小型化壓阻式壓力傳感器，包括:頂蓋、外殼、引壓嘴、轉接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，轉接件與外殼焊接連接。
[0008]所述壓阻式壓力傳感器還包括電路板，固定在轉接件上端，所述電路板基于信號調理芯片設計智能溫度補償電路。
[0009]所述的壓阻式壓力傳感器還包括電連接器，通過2個螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端涂覆娃橡月父。
[0010]進一步的，所述引壓嘴在六方上部開設凹槽，內部拓寬引壓嘴內腔孔，根據敏感元件尺寸設計引壓嘴上端，敏感元件和引壓嘴內腔共同形成一個密封腔體。
[0011 ] 進一步的，所述轉接件材料是鋁，所述轉接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內螺紋孔，用于固定電路板和連接引壓嘴。
[0012]進一步的，所述敏感元件為MEAS 87N。
[0013]進一步的，所述外殼通過4個螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。
[0014]進一步的，所述電路板尺寸彡Φ28_。
[0015]進一步的，所述傳感器尺寸外徑為C>30mm，質量小于100g。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
[0017]本發(fā)明設計采用了基于MEMS技術制作的壓阻敏感元件，該元件體積小、質量輕且過載能力強。為了防止傳感器發(fā)生泄露，本發(fā)明敏感元件和引壓嘴之間焊接連接，該密封結構可保證產品具備3倍設計量程的過載能力，引壓嘴和外殼材料為不銹鋼，外殼和引壓嘴焊接連接；頂蓋和轉接件材料為鋁，該材料輕且工藝性好。外殼和頂蓋表面處理經導電氧化后具有更好的耐腐蝕性，所述壓力傳感器全溫度范圍內精度小于I %。
[0018]為檢驗該結構設計的傳感器的效果，應用這種結構設計生產了 3只樣機，整機尺寸為?30mmX74mm，質量均小于100g。傳感器能夠承受3倍量程的壓力過載，并且順利通過振動、溫循、沖擊、過載及低氣壓等嚴酷條件的試驗。試驗后壓力傳感器測試結果表明，傳感器的零位輸出電壓分布在200mV?202mV之間，滿量程輸出電壓分布在4.798V?4.801V之間，常溫精度分布在0.121%?0.206%之間，全溫度范圍總精度分布在:0.326%?
0.877%之間，均能很好的滿足設計指標的要求。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結構圖；
[0020]1-引壓嘴2-轉接件3-敏感元件4-螺釘5-外殼6_電路板7_導線8-螺釘9-螺釘10-頂蓋11-電連接器A-焊縫B-焊縫
[0021]圖2是本發(fā)明引壓嘴的結構圖；
[0022]圖3是本發(fā)明轉接件的結構圖；
[0023]圖4是本發(fā)明外殼的結構圖；
[0024]圖5是本發(fā)明頂蓋的結構圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
[0026]如圖1所示為本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結構圖，機械零件包括引壓嘴、轉接件、外殼、頂蓋，各部分結構分別如圖2-5所示。該傳感器選用基于MEMS技術的壓阻敏感元件，通過焊接實現敏感元件和引壓嘴連接，測量時將引壓嘴通過螺紋連接到被測管道或箱體上，里面的被測氣體或液體進入到引壓嘴內腔與敏感元件接觸，敏感元件承壓后輸出電壓信號到電路板，電壓信號經電路板溫度補償和濾波放大后通過電連接器輸出。
[0027]1、各部件結構設計
[0028]選用MEAS 87N系列敏感元件，這個系列為可焊型全不銹鋼材料。敏感元件安裝到引壓嘴上端，利用焊接實現和引壓嘴的連接。為了進一步降低質量，在不影響結構強度的前提下在六方上部開槽和內部拓寬引壓嘴內腔孔，敏感元件和引壓嘴內腔共同形成一個密封的腔體。
[0029]轉接件材料采用的是鋁，該材料輕且工藝性好。轉接件實現了固定電路板的功能。轉接件下端內部螺紋與引壓嘴連接；轉接件上端做4個弧形槽，該槽形設計既能電路板背面留下更多的布線空間也能降低質量；轉接件上端有4個螺紋孔，通過4個螺釘固定電路板，整機結構設計輕便可靠。
[0030]2、傳感器電路設計
[0031]傳感器電路設計采用傳感器信號調理芯片對對傳感器輸出進行補償，并采用瞬態(tài)電壓抑制二極管實現抗尖峰脈動干擾，后置信號放大濾波電路可以對溫度補償后的輸出信號進行濾波和放大，濾除高頻干擾信號，保護電路極大的提高了傳感器的抗干擾能力。電路板的設計尺寸為< ?28mm。在保證電路功能的前提下，在經過功率計算和電磁兼容考慮后本發(fā)明選用合適封裝的貼片電阻元件，電路板實際尺寸為Φ27.6mm，滿足設計使用要求。
[0032]3、整機結構的裝配
[0033]整機結構裝配過程中，由引壓嘴、轉接件、電路板、導線、外殼、頂蓋和電連接器組成。轉接件和引壓嘴、頂蓋和外殼、電連接器和頂蓋三處的連接強度對整機的結構強度非常關鍵，所以對螺紋連接處均采取了涂膠防松保護措施。根據連接結構的不同，在轉接件和弓I壓嘴螺紋連接處涂覆環(huán)氧膠，在頂蓋和外殼連接螺釘上涂覆厭氧膠，在電連接器與頂蓋連接處涂覆硅橡膠，保證了整機的結構強度。另外，電路板通過螺釘固定在轉接件上端，敏感元件通過焊接與引壓嘴連接，引壓嘴和外殼焊接連接。
[0034]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專利技術人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在其他實施例中實現。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權項】
1.一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，包括:頂蓋、外殼、引壓嘴、轉接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，引壓嘴和外殼焊接連接。2.根據權利要求1所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，還包括電路板，固定在轉接件上端，所述電路板基于信號調理芯片設計智能溫度補償電路。3.根據權利要求1所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，還包括電連接器，通過2個螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端涂膠。4.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述引壓嘴在六方上部開設凹槽，內部拓寬引壓嘴內腔孔，根據敏感元件尺寸設計引壓嘴上端，敏感元件和引壓嘴內腔共同形成一個密封腔體。5.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述轉接件材料是鋁，所述轉接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內螺紋孔。6.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述敏感元件為MEAS 87N。7.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述外殼通過4個螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。8.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述電路板尺寸< Φ28_。9.根據權利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述傳感器尺寸外徑為Φ 30mm，質量小于100g。
【文檔編號】G01L9/06GK105973507SQ201510661175
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年10月14日
【發(fā)明人】張艷華, 陳玉玲, 馬佳, 趙爽, 史巖峰, 邰愛民
【申請人】北京強度環(huán)境研究所, 中國運載火箭技術研究院