CN105973507A - 一种小型化压阻式压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化压阻式压力传感器，该传感器包括顶盖、外壳、引压嘴、转接件、敏感元件，顶盖与外壳固定连接，转接件与引压嘴固定连接，引压嘴上端焊接敏感元件，引压嘴和外壳焊接连接。本发明提供的压阻式压力传感器既能缩小产品的尺寸和质量，还能保证产品具有优良的温度特性和结构强度，能够满足航天领域的需求。

Description

一种小型化压阻式压力传感器

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种压阻式压力传感器。

背景技术

沿着半导体的某一轴向施加力的作用，半导体的电阻率会发生显著的变化，这种现象称为半导体的压阻效应。利用半导体的压阻效应制成的压力传感器即为压阻式压力传感器。

压阻式压力传感器在军事和航空航天领域应用广泛，许多应用场合对传感器的可靠性和温度误差都有严格的要求，而应用于航天型号的产品对产品的质量和尺寸又有严格的要求。目前研制的高可靠性压力传感器中，硅-蓝宝石结构的压力传感器因具有绝佳的结构强度和温度特性而占有大量市场，但是该传感器价格昂贵，质量大且结构复杂，不利于产品的小型化趋势。

本发明提出了一种小型化压阻式压力传感器的结构设计，既能缩小产品的尺寸和质量，还能保证产品具有优良的温度特性和结构强度。结构设计主要包括传感器的机械结构、电路板的结构设计及产品的内部装配结构设计。采用本发明提出的结构设计，压阻式压力传感器整机尺寸为Φ30mm×74mm，质量小于100g，同时全温度范围总精度小于1％，可承受3倍设计量程压力。

本发明设计的压力传感器机械结构包括引压嘴、转接件、外壳、顶盖和电连接器。压力传感器的敏感元件通过焊接连接到引压嘴上，外壳与引压嘴焊接连接，转接件连接引压嘴并固定电路板，外壳和顶盖通过螺钉连接，电连接器与顶盖通过螺钉连接。传感器的电路板设计采用了智能温度补偿技术，既能消除温度误差，又能调整传感器的输出范围。该技术调试过程高效整洁，可以显著地提高生产效率和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化压阻式压力传感器，既能缩小产品的尺寸和质量，还能保证产品具有优良的温度特性和结构强度。

本发明提供了一种小型化压阻式压力传感器，包括：顶盖、外壳、引压嘴、转接件、敏感元件，顶盖与外壳固定连接，转接件与引压嘴固定连接，引压嘴上端焊接敏感元件，转接件与外壳焊接连接。

所述压阻式压力传感器还包括电路板，固定在转接件上端，所述电路板基于信号调理芯片设计智能温度补偿电路。

所述的压阻式压力传感器还包括电连接器，通过2个螺钉固定在顶盖上，螺钉上端涂覆硅橡胶。

进一步的，所述引压嘴在六方上部开设凹槽，内部拓宽引压嘴内腔孔，根据敏感元件尺寸设计引压嘴上端，敏感元件和引压嘴内腔共同形成一个密封腔体。

进一步的，所述转接件材料是铝，所述转接件上端有螺纹孔和弧形槽，下端有内螺纹孔，用于固定电路板和连接引压嘴。

进一步的，所述敏感元件为MEAS 87N。

进一步的，所述外壳通过4个螺钉固定顶盖，螺钉上涂胶。

进一步的，所述电路板尺寸≤Φ28mm。

进一步的，所述传感器尺寸外径为Φ30mm，质量小于100g。

本发明的有益效果如下：

本发明设计采用了基于MEMS技术制作的压阻敏感元件，该元件体积小、质量轻且过载能力强。为了防止传感器发生泄露，本发明敏感元件和引压嘴之间焊接连接，该密封结构可保证产品具备3倍设计量程的过载能力，引压嘴和外壳材料为不锈钢，外壳和引压嘴焊接连接；顶盖和转接件材料为铝，该材料轻且工艺性好。外壳和顶盖表面处理经导电氧化后具有更好的耐腐蚀性，所述压力传感器全温度范围内精度小于1％。

为检验该结构设计的传感器的效果，应用这种结构设计生产了3只样机，整机尺寸为Φ30mm×74mm，质量均小于100g。传感器能够承受3倍量程的压力过载，并且顺利通过振动、温循、冲击、过载及低气压等严酷条件的试验。试验后压力传感器测试结果表明，传感器的零位输出电压分布在200mV～202mV之间，满量程输出电压分布在4.798V～4.801V之间，常温精度分布在0.121％～0.206％之间，全温度范围总精度分布在：0.326％～0.877％之间，均能很好的满足设计指标的要求。

附图说明

图1是本发明的压阻式压力传感器的结构图；

1-引压嘴 2-转接件 3-敏感元件 4-螺钉 5-外壳 6-电路板 7-导线 8-螺钉 9-螺钉 10-顶盖11-电连接器 A-焊缝 B-焊缝

图2是本发明引压嘴的结构图；

图3是本发明转接件的结构图；

图4是本发明外壳的结构图；

图5是本发明顶盖的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

如图1所示为本发明的压阻式压力传感器的结构图，机械零件包括引压嘴、转接件、外壳、顶盖，各部分结构分别如图2-5所示。该传感器选用基于MEMS技术的压阻敏感元件，通过焊接实现敏感元件和引压嘴连接，测量时将引压嘴通过螺纹连接到被测管道或箱体上，里面的被测气体或液体进入到引压嘴内腔与敏感元件接触，敏感元件承压后输出电压信号到电路板，电压信号经电路板温度补偿和滤波放大后通过电连接器输出。

1、各部件结构设计

选用MEAS 87N系列敏感元件，这个系列为可焊型全不锈钢材料。敏感元件安装到引压嘴上端，利用焊接实现和引压嘴的连接。为了进一步降低质量，在不影响结构强度的前提下在六方上部开槽和内部拓宽引压嘴内腔孔，敏感元件和引压嘴内腔共同形成一个密封的腔体。

转接件材料采用的是铝，该材料轻且工艺性好。转接件实现了固定电路板的功能。转接件下端内部螺纹与引压嘴连接；转接件上端做4个弧形槽，该槽形设计既能电路板背面留下更多的布线空间也能降低质量；转接件上端有4个螺纹孔，通过4个螺钉固定电路板，整机结构设计轻便可靠。

2、传感器电路设计

传感器电路设计采用传感器信号调理芯片对对传感器输出进行补偿，并采用瞬态电压抑制二极管实现抗尖峰脉动干扰，后置信号放大滤波电路可以对温度补偿后的输出信号进行滤波和放大，滤除高频干扰信号，保护电路极大的提高了传感器的抗干扰能力。电路板的设计尺寸为≤Φ28mm。在保证电路功能的前提下，在经过功率计算和电磁兼容考虑后本发明选用合适封装的贴片电阻元件，电路板实际尺寸为Φ27.6mm，满足设计使用要求。

3、整机结构的装配

整机结构装配过程中，由引压嘴、转接件、电路板、导线、外壳、顶盖和电连接器组成。转接件和引压嘴、顶盖和外壳、电连接器和顶盖三处的连接强度对整机的结构强度非常关键，所以对螺纹连接处均采取了涂胶防松保护措施。根据连接结构的不同，在转接件和引压嘴螺纹连接处涂覆环氧胶，在顶盖和外壳连接螺钉上涂覆厌氧胶，在电连接器与顶盖连接处涂覆硅橡胶，保证了整机的结构强度。另外，电路板通过螺钉固定在转接件上端，敏感元件通过焊接与引压嘴连接，引压嘴和外壳焊接连接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，包括：顶盖、外壳、引压嘴、转接件、敏感元件，顶盖与外壳固定连接，转接件与引压嘴固定连接，引压嘴上端焊接敏感元件，引压嘴和外壳焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，还包括电路板，固定在转接件上端，所述电路板基于信号调理芯片设计智能温度补偿电路。

3.根据权利要求1所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，还包括电连接器，通过2个螺钉固定在顶盖上，螺钉上端涂胶。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述引压嘴在六方上部开设凹槽，内部拓宽引压嘴内腔孔，根据敏感元件尺寸设计引压嘴上端，敏感元件和引压嘴内腔共同形成一个密封腔体。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述转接件材料是铝，所述转接件上端有螺纹孔和弧形槽，下端有内螺纹孔。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述敏感元件为MEAS 87N。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述外壳通过4个螺钉固定顶盖，螺钉上涂胶。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述电路板尺寸≤φ28mm。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种小型化压阻式压力传感器，其特征在于，所述传感器尺寸外径为φ30mm，质量小于100g。