CN106092427B - 一种绝压传感器双弹性敏感元件 - Google Patents

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Abstract

一种绝压传感器双弹性敏感元件，它涉及一种敏感元件。本发明为了解决现有的高频强振动环境下测量小压力、输出稳定可靠、灵敏度高、使用寿命长的目的的问题。本发明的下膜片(1)和上膜片(2)均为圆盘形膜片，下膜片(1)的上端面上以圆心为中心由内至外分别开设第一环形槽(3)和第二环形槽(4)，上膜片(2)的下端面上开设以圆心为中心向上膜片(2)上端面内凹的第三环形槽(5)，上膜片(2)的外侧面沿上膜片(2)的镜像方向开设一个通孔(6)，通孔(6)与上膜片(2)连通，第三环形槽(5)分别与第一环形槽(3)和第二环形槽(4)连通，上膜片(2)固定插装在下膜片(1)上。本发明用于压力测试。

Description

一种绝压传感器双弹性敏感元件
技术领域
本发明涉及一种敏感元件，具体涉及一种绝压传感器双弹性敏感元件。尤其适用于绝压传感器的工作环境为频率高于10kHz、量值大于100g的高频、强振动随机振动环境。
背景技术
真空环境下，当测试介质压力小于1MPa时，绝压传感器的单膜片敏感元件变形较小，引起半导体材料的电导率变化较小，阻值变化小，不能测量或者不能精确测量所受压力；减小与之粘接的基片厚度时，在测试压力的作用下，基片易发生破裂；减小膜片厚度时，膜片在测试压力作用下，发生“气球效应”，产生较大的非线性误差；增大膜片厚度时，降低灵敏度同时，在高频、强振动等复杂的环境载荷下，会降低敏感元件的固有频率，易与环境频率发生共振，影响传感器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的高频强振动环境下测量小压力、输出稳定可靠、灵敏度高、使用寿命长的目的的问题。进而提供一种绝压传感器双弹性敏感元件。
本发明的技术方案是：一种绝压传感器双弹性敏感元件包括下膜片和上膜片，下膜片和上膜片均为圆盘形膜片，下膜片的上端面上以圆心为中心由内至外分别开设第一环形槽和第二环形槽，上膜片的下端面上开设以圆心为中心向上膜片上端面内凹的第三环形槽，上膜片的外侧面沿上膜片的镜像方向开设一个通孔，通孔与上膜片连通，第三环形槽分别与第一环形槽和第二环形槽连通，上膜片固定插装在下膜片上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明在下膜片受到被测介质向上的压力时，下膜片向上产生微小变形。因上膜片的插接杆与下膜片同心插接孔固定，上膜片的中心沿同一方向也发生变形。此时，下膜片的受力面较大，产生的变形较小，上膜片的插接杆的中心横截面面积较小，产生的变形较大。上膜片的相对大变形带动固定在其上的基片产生较大变形，使得敏感电阻的阻值发生可精确测量的变化，达到测试小压力的目的。
2、本发明的膜片的质量相对于传感器内部的其它组件质量较大，是其它内部组件质量和的2倍。根据物体固有频率的计算公式(ωn为固有频率、k为刚度、m为质量)，大质量的膜片在高频、强振动(频率高于10kHz、量值大于100g)的环境下，易与环境载荷发生谐振。在下膜片的中心上设置环形槽，能够在不影响膜片功能的情况下，减轻下膜片质量，提高其一阶固有频率3kHz，减小因振动引起的对其它组件产生的作用力，提高传感器的耐振动环境可靠性。同时，在相同压力下，与未设置环形槽的下膜片相比，所受内应力可以减小20MPa。
附图说明
图1是一种小量程绝压传感器弹性敏感元件的剖视图。
图2为下膜片的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种绝压传感器双弹性敏感元件包括下膜片1和上膜片2，下膜片1和上膜片2均为圆盘形膜片，下膜片1的上端面上以圆心为中心由内至外分别开设第一环形槽3和第二环形槽4，上膜片2的下端面上开设以圆心为中心向上膜片2上端面内凹的第三环形槽5，上膜片2的外侧面沿上膜片2的镜像方向开设一个通孔6，通孔6与上膜片2连通，第三环形槽5分别与第一环形槽3和第二环形槽4连通，上膜片2固定插装在下膜片1上。
本实施方式的上膜片2通过采用焊接的方式固定插装在下膜片1上。结构更加牢固。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下膜片1的下端面上设有凸台7。如此设置，防止接插杆9与下膜片1的点焊焊接灼伤下膜片1的下端面。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下膜片1的中心位置处开设一个插接孔8。如此设置，便于与插接杆9进行配合，同时便于插接孔8和插接杆9的精确定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的上膜片2的下端面中心位置处固接有插接杆9，插接杆9固定插装在下膜片1的插接孔8上。如此设置，便于与插接孔8连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
插接杆9的直径与插接孔8孔径相同，二者为配合面，其高度大于下膜片1厚度0.1-0.3mm；将下膜片1所受到的压力传递至上膜片2。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的插接杆9的插接端伸出插接孔8的底端面。如此设置，便于接插杆9与下膜片1点焊焊接固定。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一环形槽3的槽深小于第二环形槽4的槽深。第二环形槽4和第三环形槽5的底面厚度根据绝压传感器的量程确定，第一环形槽3和第二环形槽4之间、第二环形槽4与接插孔8之间的壁厚不小于1.5mm。如此设置，不会降低膜片的刚度，造成膜片固有频率的降低。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一环形槽3的槽深小于第二环形槽4的槽深0.3-0.5mm。如此设置，不影响下膜片1本身感受被测介质压力的功能。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
如图2所示，将上膜片2中心上的插接杆装配到下膜片1中的同心插接孔中，下膜片1和上膜片2的直径相同，应用焊接手段，将下膜片1和上膜片2固结在一起，并在下膜片1感压面A处的凸台上将上膜片2的插接杆焊接固定。此时，下膜片1和上膜片2的内部相通，并与上膜片2的径向通孔相通，与绝压传感器的外壳可以形成密闭的真空腔，以测试绝对压力。
当下膜片1的感压面A受到被测介质0.6MPa的压力时，下膜片1发生0.006mm的微小变形，带动与之固结的上膜片2沿同一方向发生变形；下膜片1的受力面较大，其中心的变形相对较小，而上膜片2的插接杆的中心横截面较小，受到相同的压力时，发生相对较大的局部变形，使上膜片2上的基片发生的变形相对也比较大，通过集成电路工艺制成的扩散电阻阻值发生可精确测量的变化，将压力信号转化成电信号，实现对小量程压力的精准测量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：它包括下膜片(1)和上膜片(2)，下膜片(1)和上膜片(2)均为圆盘形膜片，下膜片(1)的上端面上以圆心为中心由内至外分别开设第一环形槽(3)和第二环形槽(4)，上膜片(2)的下端面上开设以圆心为中心向上膜片(2)上端面内凹的第三环形槽(5)，上膜片(2)的外侧面沿上膜片(2)的镜像方向开设一个通孔(6)，通孔(6)与上膜片(2)连通，第三环形槽(5)分别与第一环形槽(3)和第二环形槽(4)连通，上膜片(2)固定插装在下膜片(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：下膜片(1)的下端面上设有凸台(7)。
3.根据权利要求2所述的一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：下膜片(1)的中心位置处开设一个插接孔(8)。
4.根据权利要求3所述的一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：上膜片(2)的下端面中心位置处固接有插接杆(9)，插接杆(9)固定插装在下膜片(1)的插接孔(8)上。
5.根据权利要求4所述的一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：插接杆(9)的插接端伸出插接孔(8)的底端面。
6.根据权利要求5所述的一种绝压传感器双弹性敏感元件，其特征在于：第一环形槽(3)的槽深小于第二环形槽(4)的槽深。
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