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一種小型化壓阻式壓力傳感器的制造方法

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一種小型化壓阻式壓力傳感器的制造方法
【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φ 30mmX 74_1,質(zhì)量小于10(^,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 涂覆娃橡膠。
[0010] 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。
[0011] 進(jìn)一步的,所述敏感元件為MEAS 87N。
[0012] 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。
[0013] 進(jìn)一步的,所述電路板尺寸<9 28mn_u
[0014] 進(jìn)一步的,所述傳感器尺寸外徑為φ 30rram質(zhì)量小于i〇〇g。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下:
[0016] 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1%。
[0017] 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φ 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,滿量程輸出電壓分布在4.798V~4.801V之間, 常溫精度分布在〇. 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(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖;
[0019] 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8-螺釘9-螺釘10-頂蓋11-電連接器A-焊縫B-焊縫
[0020] 圖2是本發(fā)明引壓嘴的結(jié)構(gòu)圖;
[0021] 圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)接件的主視圖;
[0022] 圖4是本發(fā)明轉(zhuǎn)接件的俯視圖;
[0023] 圖5是本發(fā)明外殼的結(jié)構(gòu)圖;
[0024]圖6是本發(fā)明頂蓋的主視圖;
[0025]圖7是本發(fā)明頂蓋的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 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?;诒景l(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。
[0027] 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2-7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。
[0028] 1、各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0029]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。
[0030]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。
[0031 ] 2、傳感器電路設(shè)計(jì)
[0032]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<9 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CP 27.6mm,滿足設(shè)計(jì)使用要求。 [0033] 3、整機(jī)結(jié)構(gòu)的裝配
[0034]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、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)接件和引 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。
[0035]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。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,所述敏感 元件為MEAS 87N。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,所述外殼 通過(guò)4個(gè)螺釘固定頂蓋,螺釘上涂膠。7. 根據(jù)權(quán)利要求2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 < Φ 28mm〇8. 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,所述傳感 器尺寸外徑為Φ 30mm,質(zhì)量小于100g。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(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。本實(shí)用新型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,能夠滿足航天領(lǐng)域的需求。
【IPC分類】G01L9/06, G01L1/18
【公開(kāi)號(hào)】CN205209668
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520794102
【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
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日
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