CN104359596B - 一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，包括瓷环，通过玻璃釉浆料印刷烧结在该瓷环上部的陶瓷弹性膜片，以及通过导电浆料印刷烧结在该瓷环下部的信号调理电路；其中，所述陶瓷弹性膜片上均匀设置有与所述瓷环上的四个瓷环通孔分别连接的四个焊盘，以及与所述焊盘相连接以构成惠斯顿电桥的四个桥路电阻；在焊盘与桥路电阻之间设置有一个桥路修调电阻。本发明将陶瓷弹性膜片通过玻璃釉浆料印刷烧结在瓷环上，克服了陶瓷膜片易碎的问题，确保了传感器机械结构的可靠性；同时也将信号调理电路通过导电浆料印刷烧结在瓷环上，使得传感器整体的精度更高，稳定性更好。

Description

一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器
技术领域
本发明涉及一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器。
背景技术
传统的陶瓷压力传感器中，一般是采用三氧化二铝陶瓷膜片作为压力传感器的应变弹性体，并在其表面采用厚膜工艺印刷烧结四个厚膜应变电阻使之形成一个惠斯顿电桥。当陶瓷膜片在压力作用下产生微量线性形变(如10bar 0.3mm膜片从零到满量程纵向形变量为6-10μm)。桥路在激励电压下其输出端将产生与压力大小精密线性相关的电压输出。
目前，陶瓷弹性体的承载体有两种结构：即齐平膜陶瓷压力传感器(Flushdiaphragm ceramic pressure sensor)和一体化陶瓷压力传感器(Integratedceramic pressure sensor)两种。
齐平膜陶瓷压力传感器由弹性膜片和瓷环两部分组成。其中，瓷环形同一个杯子，其中间有一个凹孔，瓷环周边有多个通孔。弹性体厚度由量程确定，并将印有多个圆形焊盘和桥路的膜片粘结到有多个通孔的圆形陶瓷环背面，使弹性膜片电极与瓷环通孔相对应。瓷环正面是一个平面、通过通孔与电桥回路联接并设计平衡电阻，激光修调零位。这种齐平膜结构弹性膜片与瓷环是采用有机粘合剂存在线膨胀系数差异和粘结而成，其强度低，可靠性差。
而一体化陶瓷压力传感器外形亦如一个杯子，其平面部分是传感器的弹性体，其厚度由量程确定，陶瓷制造工艺采用弹性体和瓷环整体干压成形，烧结后弹性体厚度需研磨。弹性体印刷桥路和平衡电阻，激光修调零位。参见专利ZL200420054149.X。
压阻式陶瓷压力传感器具有优异的线性精度，特别是耐腐蚀性和高可靠性，是其它形式的压力传感器无可比拟的。在工业自动化控制领域里有着重要位置。压阻式陶瓷压力传感器弹性膜片是三氧化二铝陶瓷。针对氧化铝陶瓷易碎的缺点，旨在研发具有高过载性能的压阻式陶瓷压力传感器具有重要的意义。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，旨在克服陶瓷膜片易碎的缺点，大幅度提高过载和爆破压力，从而提高其可靠性。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，包括瓷环，通过玻璃釉浆料印刷烧结在该瓷环上部的陶瓷弹性膜片，以及通过导电浆料印刷烧结在该瓷环下部的信号调理电路；其中，所述陶瓷弹性膜片上均匀设置有与所述瓷环上的四个瓷环通孔分别连接的四个焊盘，以及与所述焊盘相连接以构成惠斯顿电桥的四个桥路电阻；在焊盘与桥路电阻之间设置有一个桥路修调电阻。
进一步的方案是，所述瓷环中部设置有瓷环盲孔，所述瓷环盲孔的直径在3-8mm之间，深度在2-4mm之间。
进一步的方案是，所述瓷环盲孔中部开设有表压通孔，所述表压通孔的直径在0.3-1.2mm之间。
优选的方案是，所述瓷环盲孔的直径为5mm，深度为3mm。
优选的方案是，所述表压通孔的直径在0.5-1.0mm之间。
优选的方案是，所述表压通孔的直径为0.8mm。
进一步的方案是，所述信号调理电路上设置有与所述瓷环通孔对应连接的通孔焊盘，与所述表压通孔对应连接的表压通孔焊盘，以及与外部柔性电路板连接的连接线。
本发明的有益效果：本发明将陶瓷弹性膜片通过玻璃釉浆料印刷烧结在瓷环上，克服了陶瓷膜片易碎的问题，提高了传感器机械强度，确保了传感器机械结构的可靠性；同时也将信号调理电路通过导电浆料印刷烧结在瓷环上，使得传感器整体的精度更高，稳定性更好。
附图说明
图1本发明的压力传感器整体结构示意图。
图2a本发明的传感器弹性膜片圆形结构示意图。
图2b本发明的传感器弹性膜片方形结构示意图。
图3a本发明的柔性电路板圆形结构示意图。
图3b本发明的柔性电路板方形结构示意图。
具体实施方式
图1至图3b所示，涉及一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，包括瓷环2，通过玻璃釉浆料印刷烧结在该瓷环2上部的陶瓷弹性膜片1，以及通过导电浆料印刷烧结在该瓷环2下部的信号调理电路3；其中，陶瓷弹性膜片1上均匀设置有与瓷环2上的四个瓷环通孔21分别连接的四个焊盘11，以及与焊盘11相连接以构成惠斯顿电桥的四个桥路电阻10；在焊盘11与桥路电阻10之间设置有一个桥路修调电阻12。
本设计中的瓷环2和陶瓷弹性膜片1均可设计成方形或者圆形结构，这样可以满足不同场合的需要，降低了制造成本，便于规模化生产。
本设计中，在陶瓷弹性膜片与瓷环之间，采用传统的玻璃釉浆料印刷烧结工艺进行连接，能够保证保传感器机械结构的强度，保证其可靠性。在信号调理电路与瓷环之间，采用传统的导电浆料印刷烧结工艺进行连接，使得传感器整体的精度更高，稳定性更好。
其中，本设计中的信号调理电路3上具体还设置有与瓷环通孔21对应连接的通孔焊盘31，与表压通孔22对应连接的表压通孔焊盘32，以及与外部柔性电路板4连接的连接线。
另外，由于传统的陶瓷弹性体背面是通过胶粘方式连接瓷环的，所以过载压力低，(最高为200％)，正面只能激光修调电阻；而弹性膜片在压力和温度作用下所产生的纵向微量形变是在微米数量级。因此，本设计为了确保了陶瓷膜片的高密度和膜片平行度，提高了传感器的线性精度、重复性和过载压力。本设计的进一步的方案是，在瓷环2中部设置有瓷环盲孔23，将瓷环盲孔23的直径限制在3-8mm之间，深度限制在2-4mm之间即可。一般，最优的情况是，将瓷环盲孔23的直径限制为5mm，深度限制为3mm。这样在电参数不变的前提下，过载压力能够大大提高，平均可达550-650％。
另一方面，在本领域中，一体化结构陶瓷弹性体的厚度是一项非常重要的参数，它决定传感器的量程、精度和过载压力。因此必须通过研磨才能达到规定的厚度，大量生产过程中由于研磨过程中对弹性体产生机械缺陷和附加应力，同时对膜片不平度产生较大影响。为了实现陶瓷压力传感器的表压和绝压的测量与控制，克服一体化结构不能测绝压的弊端。因此，本设计还在瓷环盲孔23中部开设有表压通孔22，且该表压通孔22的直径限制在0.3-1.2mm之间。一般，较优的情况是，将表压通孔22的直径限制在0.5-1.0mm之间，而表压通孔22的直径为0.8mm时，测量效果最佳。
表1显示了传统的陶瓷压力传感器与本设计的陶瓷压力传感器的测试对比情况。
表1
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，包括瓷环，通过玻璃釉浆料印刷烧结在该瓷环上部的陶瓷弹性膜片，以及通过导电浆料印刷烧结在该瓷环下部的信号调理电路；其中，所述陶瓷弹性膜片上均匀设置有与所述瓷环上的四个瓷环通孔分别连接的四个焊盘，以及与所述焊盘相连接以构成惠斯顿电桥的四个桥路电阻；在焊盘与桥路电阻之间设置有一个桥路修调电阻。
2.如权利要求1所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述瓷环中部设置有瓷环盲孔，所述瓷环盲孔的直径在3-8mm之间，深度在2-4mm之间。
3.如权利要求2所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述瓷环盲孔中部开设有表压通孔，所述表压通孔的直径在0.3-1.2mm之间。
4.如权利要求2所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述瓷环盲孔的直径为5mm，深度为3mm。
5.如权利要求3所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述表压通孔的直径在0.5-1.0mm之间。
6.如权利要求5所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述表压通孔的直径为0.8mm。
7.如权利要求6所述的一种齐平膜压阻式陶瓷压力传感器，其特征在于，所述信号调理电路上设置有与所述瓷环通孔对应连接的通孔焊盘，与所述表压通孔对应连接的表压通孔焊盘，以及与外部柔性电路板连接的连接线。
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