CN101928140B - 压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法及原料混合装置 - Google Patents

Abstract

压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法及其原料混合装置，方法是将预混合的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝经气相混合，以均匀喷雾的形式输出，得陶瓷复合弹性体的原料粉，烧制即可；所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1∶0.25～7.5。混合装置的预混料仓通过管道(52)与三通负压发生器连接，三通负压发生器还通过管道(51)、(53)分别与集料仓、压缩空气发生装置连接。本发明技术的陶瓷复合弹性体制备方法和装置适应了传感网和工业自动化控制对高灵敏度和高可靠性压力传感器的需要。

Description

压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法及原料混合装置

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，具体是指一种陶瓷压力传感器。

背景技术

目前，国内外陶瓷压力传感器满度输出幅度较低，当传感器激励电压5V/DC时，一般在10mV左右。虽然压阻式陶瓷压力传感器具有优良的耐腐蚀性和温度稳定性，替代扩散硅压力传感器也已成必然趋势，但其灵敏度要比扩散硅压力传感器低(一般传感器激励电压5V/DC时，滿量程输出达20mV左右)。为进一步发挥压阻式陶瓷压力传感器的性能和价格优势，在市场竞争中特别在传感网和工业自动化领域里保持优势，研发高灵敏度微纳陶瓷压力传感器势在必行。

研发高敏度陶瓷压力传感器另一重要目的是提高传感器的灵敏度，对于其和信号调理电路的匹配极为有利。因为国际上各集成电路压力变送器信号调理电路基本上都是按扩散硅压力传感器的输出灵敏度设计的，如果陶瓷压力传感器直接接入集成电路输入端就显得信号幅度过低，信噪比变差，必须加一个前置放大器将传感器输出信号放大后再输入到变送器信号调理电路中去。由于一体化压阻式陶瓷压力传感器是近几年才发展起来的新型压力传感器，对于集成电路芯片制造商来说还有一个整合过程，而且提高前置信号调理IC芯片可变增益的放大器部分的空间已不大，因此提高陶瓷压力传感器灵敏度非常必要。

目前研制和使用的陶瓷压力传感器的种类很多，大多数制造工艺复杂，原料混合不均；材料成本高，不耐高温，不耐化学腐蚀，不适合在恶劣环境下使用，而且价格高昂；灵敏度低，无法适应现代产业需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有陶瓷压力传感器的灵敏度低缺陷，提供了一种高灵敏度压力传感器的陶瓷复合弹性体的气相混合制备方法，和该方法专用的原料混合装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

陶瓷压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法，将预混合的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝经气相混合，以均匀喷雾的形式输出，得陶瓷复合弹性体的原料粉，烧制即可；所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1∶0.25～7.5。进一步地，所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1∶0.25～4.5。

为实现陶瓷压力传感器的高灵敏度、高可靠性，本发明采用复合弹性体增韧技术，氧化锆增韧氧化铝陶瓷，简称复合陶瓷，其应变系数大，性能稳定，电阻率适中，温度系数小。运用丝网印刷、烧结、调阻等工艺将应变电阻直接烧结在增韧的Al₂O₃陶瓷复合弹性体上，应变电阻与承压片为一体化结构，蠕变小、性能稳定。

所述的陶瓷复合弹性体的制备方法专用的原料混合装置，其预混料仓通过管道(52)与三通负压发生器连接，三通负压发生器还通过管道(51)、(53)分别与集料仓、压缩空气发生装置连接。进一步地，管道(51)的位于集料仓内的输出端设混料栅孔盒。

所谓三通负压发生器实际上是一个三通或三通的改装产品，其之所以被称为三通负压发生器是因为：压缩空气经由管道(53)、(51)流向集料仓，在压缩空气作用下(5～6MPa)，三通的另一端即与预混料仓的连接端产生一个稳定的负压，该负压将预混合的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝粉体充分吸入三通管，然后在压缩空气作用下以均匀喷雾的形式输到集料仓中。

采用独有的二氧化锆和三氧化二铝粉体气相混合技术，使两种材料充分混合，其混合效果远远高于传统工艺(即陶瓷干粉冷压、烧结、研磨等，球磨过程中微米级的两种粉体很容易粘结到球面上，反而起不到均匀混合目的)。

微米级二氧化锆和三氧化二铝粉体的配比和混合均匀性对传感器弹性增韧效果即提高传感器的灵敏度影响非常大，最终配比主要靠测试弹性体过载压力(Over Load)和制作传感器实测传感器满量程输出来确认。本发明技术的陶瓷复合弹性体制备方法和装置适应了传感网和工业自动化控制对高灵敏度和高可靠性压力传感器的需要，制造工艺简单，成本低，能实现大批量生产，性能价格比高，具有广泛的应用前景和强大的市场竞争力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明气相混合装置的结构示意图；

图2是本发明压力传感器的结构示意图；

图3是图2的压力传感器的电路设计图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，制备陶瓷复合弹性体专用的混料装置，其预混料仓1通过管道52与三通负压发生器4连接，三通负压发生器4还通过管道51、53分别与集料仓2、压缩空气发生装置3(本实施例为空压机)连接。管道51的位于集料仓内的输出端设混料栅孔盒6。

所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1∶0.25～7.5，优选的比例为1∶0.25～4.5。

经测试的陶瓷压力传感器之一采用上述陶瓷复合弹性体，按照专利ZL200420054149.X的方法制作，其基于Hybrid(混合微电子)技术和压力传感器测试技术。如图2所示，该陶瓷压力传感器包括陶瓷基座71，陶瓷基座71上表面为平面且设有复合陶瓷复合弹性体72，复合陶瓷弹性体膜片72表面设有应变电桥电路73(其布局如图3所示)。传感器桥路设计和零位修调电阻设计确保了压力传感器优良的线性精度和输出灵敏度。

不同质量比的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的陶瓷复合弹性体制备的压力传感器的满度输出如下表1所示：

表1：不同质量比的原料制备的陶瓷压力传感器的满度输出结果

量程：10bar；激励电压5V/DC。

质量比为1∶4的原料制备的陶瓷压力传感器的测试结果如表2所示：

表2：质量比为1∶4的原料制备的陶瓷压力传感器的测试结果

可见，在激励电压5V/DC时，本发明技术制备的陶瓷压力传感器的输出灵敏度达4～8mV/V，即满度输出达20～40mV。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法，将预混合的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝经气相混合，以均匀喷雾的形式输出，得陶瓷复合弹性体的原料粉，烧制即可；所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1:0.25～7.5。

2.根据权利要求1所述的压力传感器的陶瓷复合弹性体的制备方法，其特征在于:所述微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝的质量比为1:0.25～4.5。

3.权利要求1所述的陶瓷复合弹性体的制备方法的原料混合装置，其预混料仓(1)通过管道(52)与三通负压发生器(4)连接，三通负压发生器(4)还通过管道(51)、(53)分别与集料仓(2)、压缩空气发生装置(3)连接，压缩空气经由管道（53）、（51）流向集料仓，在压缩空气作用下，三通的另一端即与预混料仓的连接端产生一个稳定的负压，该负压将预混合的微米级二氧化锆和微米级三氧化二铝粉体吸入三通管，然后在压缩空气作用下以均匀喷雾的形式输到集料仓中。

4.根据权利要求3所述的陶瓷复合弹性体的制备方法的原料混合装置，其特征在于:所述管道(51)的位于集料仓内的输出端设混料栅孔盒(6)。

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