一種小型化壓阻式壓力傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(zhuǎn)接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)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(chǎn)品的尺寸和質(zhì)量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠滿(mǎn)足航天領(lǐng)域的需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種小型化壓阻式壓力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓阻式壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]沿著半導(dǎo)體的某一軸向施加力的作用，半導(dǎo)體的電阻率會(huì)發(fā)生顯著的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)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(lǐng)域應(yīng)用廣泛，許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)傳感器的可靠性和溫度誤差都有嚴(yán)格的要求，而應(yīng)用于航天型號(hào)的產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和尺寸又有嚴(yán)格的要求。目前研制的高可靠性壓力傳感器中，硅-藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)的壓力傳感器因具有絕佳的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和溫度特性而占有大量市場(chǎng)，但是該傳感器價(jià)格昂貴，質(zhì)量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于產(chǎn)品的小型化趨勢(shì)。
[0004]本發(fā)明提出了一種小型化壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既能縮小產(chǎn)品的尺寸和質(zhì)量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，壓阻式壓力傳感器整機(jī)尺寸為Φ30_Χ74_，質(zhì)量小于100g，同時(shí)全溫度范圍總精度小于1%，可承受3倍設(shè)計(jì)量程壓力。
[0005]本發(fā)明設(shè)計(jì)的壓力傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)包括引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、外殼、頂蓋和電連接器。壓力傳感器的敏感元件通過(guò)焊接連接到引壓嘴上，外殼與引壓嘴焊接連接，轉(zhuǎn)接件連接引壓嘴并固定電路板，外殼和頂蓋通過(guò)螺釘連接，電連接器與頂蓋通過(guò)螺釘連接。傳感器的電路板設(shè)計(jì)采用了智能溫度補(bǔ)償技術(shù)，既能消除溫度誤差，又能調(diào)整傳感器的輸出范圍。該技術(shù)調(diào)試過(guò)程高效整潔，可以顯著地提高生產(chǎn)效率和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)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(chǎn)品的尺寸和質(zhì)量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(zhuǎn)接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)接件上端，所述電路板基于信號(hào)調(diào)理芯片設(shè)計(jì)智能溫度補(bǔ)償電路。
[0009]所述的壓阻式壓力傳感器還包括電連接器，通過(guò)2個(gè)螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端涂覆娃橡月父。
[0010]進(jìn)一步的，所述引壓嘴在六方上部開(kāi)設(shè)凹槽，內(nèi)部拓寬引壓嘴內(nèi)腔孔，根據(jù)敏感元件尺寸設(shè)計(jì)引壓嘴上端，敏感元件和引壓嘴內(nèi)腔共同形成一個(gè)密封腔體。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)接件材料是鋁，所述轉(zhuǎn)接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內(nèi)螺紋孔，用于固定電路板和連接引壓嘴。
[0012]進(jìn)一步的，所述敏感元件為MEAS 87N。
[0013]進(jìn)一步的，所述外殼通過(guò)4個(gè)螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。
[0014]進(jìn)一步的，所述電路板尺寸彡Φ28_。
[0015]進(jìn)一步的，所述傳感器尺寸外徑為C>30mm，質(zhì)量小于100g。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
[0017]本發(fā)明設(shè)計(jì)采用了基于MEMS技術(shù)制作的壓阻敏感元件，該元件體積小、質(zhì)量輕且過(guò)載能力強(qiáng)。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(jié)構(gòu)可保證產(chǎn)品具備3倍設(shè)計(jì)量程的過(guò)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(zhuǎn)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(jīng)導(dǎo)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(nèi)精度小于I %。
[0018]為檢驗(yàn)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳感器的效果，應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)生產(chǎn)了 3只樣機(jī)，整機(jī)尺寸為?30mmX74mm，質(zhì)量均小于100g。傳感器能夠承受3倍量程的壓力過(guò)載，并且順利通過(guò)振動(dòng)、溫循、沖擊、過(guò)載及低氣壓等嚴(yán)酷條件的試驗(yàn)。試驗(yàn)后壓力傳感器測(cè)試結(jié)果表明，傳感器的零位輸出電壓分布在200mV?202mV之間，滿(mǎn)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(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]1-引壓嘴2-轉(zhuǎn)接件3-敏感元件4-螺釘5-外殼6_電路板7_導(dǎo)線(xiàn)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(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)接件的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4是本發(fā)明外殼的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖5是本發(fā)明頂蓋的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)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(jié)構(gòu)圖，機(jī)械零件包括引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、外殼、頂蓋，各部分結(jié)構(gòu)分別如圖2-5所示。該傳感器選用基于MEMS技術(shù)的壓阻敏感元件，通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)敏感元件和引壓嘴連接，測(cè)量時(shí)將引壓嘴通過(guò)螺紋連接到被測(cè)管道或箱體上，里面的被測(cè)氣體或液體進(jìn)入到引壓嘴內(nèi)腔與敏感元件接觸，敏感元件承壓后輸出電壓信號(hào)到電路板，電壓信號(hào)經(jīng)電路板溫度補(bǔ)償和濾波放大后通過(guò)電連接器輸出。
[0027]1、各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0028]選用MEAS 87N系列敏感元件，這個(gè)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(shí)現(xiàn)和引壓嘴的連接。為了進(jìn)一步降低質(zhì)量，在不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下在六方上部開(kāi)槽和內(nèi)部拓寬引壓嘴內(nèi)腔孔，敏感元件和引壓嘴內(nèi)腔共同形成一個(gè)密封的腔體。
[0029]轉(zhuǎn)接件材料采用的是鋁，該材料輕且工藝性好。轉(zhuǎn)接件實(shí)現(xiàn)了固定電路板的功能。轉(zhuǎn)接件下端內(nèi)部螺紋與引壓嘴連接；轉(zhuǎn)接件上端做4個(gè)弧形槽，該槽形設(shè)計(jì)既能電路板背面留下更多的布線(xiàn)空間也能降低質(zhì)量；轉(zhuǎn)接件上端有4個(gè)螺紋孔，通過(guò)4個(gè)螺釘固定電路板，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕便可靠。
[0030]2、傳感器電路設(shè)計(jì)
[0031]傳感器電路設(shè)計(jì)采用傳感器信號(hào)調(diào)理芯片對(duì)對(duì)傳感器輸出進(jìn)行補(bǔ)償，并采用瞬態(tài)電壓抑制二極管實(shí)現(xiàn)抗尖峰脈動(dòng)干擾，后置信號(hào)放大濾波電路可以對(duì)溫度補(bǔ)償后的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，濾除高頻干擾信號(hào)，保護(hù)電路極大的提高了傳感器的抗干擾能力。電路板的設(shè)計(jì)尺寸為< ?28mm。在保證電路功能的前提下，在經(jīng)過(guò)功率計(jì)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(shí)際尺寸為Φ27.6mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求。
[0032]3、整機(jī)結(jié)構(gòu)的裝配
[0033]整機(jī)結(jié)構(gòu)裝配過(guò)程中，由引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、電路板、導(dǎo)線(xiàn)、外殼、頂蓋和電連接器組成。轉(zhuǎn)接件和引壓嘴、頂蓋和外殼、電連接器和頂蓋三處的連接強(qiáng)度對(duì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常關(guān)鍵，所以對(duì)螺紋連接處均采取了涂膠防松保護(hù)措施。根據(jù)連接結(jié)構(gòu)的不同，在轉(zhuǎn)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(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，電路板通過(guò)螺釘固定在轉(zhuǎn)接件上端，敏感元件通過(guò)焊接與引壓嘴連接，引壓嘴和外殼焊接連接。
[0034]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)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(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(zhuǎn)接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)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(zhuǎn)接件上端，所述電路板基于信號(hào)調(diào)理芯片設(shè)計(jì)智能溫度補(bǔ)償電路。3.根據(jù)權(quán)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(guò)2個(gè)螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端涂膠。4.根據(jù)權(quán)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(kāi)設(shè)凹槽，內(nèi)部拓寬引壓嘴內(nèi)腔孔，根據(jù)敏感元件尺寸設(shè)計(jì)引壓嘴上端，敏感元件和引壓嘴內(nèi)腔共同形成一個(gè)密封腔體。5.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)接件材料是鋁，所述轉(zhuǎn)接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內(nèi)螺紋孔。6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(guò)4個(gè)螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)量小于100g。
【文檔編號(hào)】G01L9/06GK105973507SQ201510661175
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)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(ài)民
【申請(qǐng)人】北京強(qiáng)度環(huán)境研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院