CN106546373A - 压力传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种压力传感器(10)，包括容纳在本体(14)和保持器(16)之间的陶瓷传感器(18)。在传感器(18)的端表面(38a)上，多个电阻体(40a‑40d)通过丝网印刷并使用厚膜电阻浆料沿直线被印刷和烧结。

Description

压力传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测流入流体通道的压力流体的压力的压力传感器及其制造方法。
背景技术
迄今为止，在使用水、油和化学溶液等的生产线上，压力传感器被用于测量这些流体的压力。这种压力传感器，例如在欧洲专利No.2175252中公开的，包括陶瓷传感器，该陶瓷传感器的表面上布置多个电阻体，并且在该传感器容纳在本体内部的状态下，电阻体根据通过端口引入本体内部的压力流体的压力发生变形，该压力通过对应于上述变形的输出电压被检测。例如，电阻体通过厚膜印刷，比如丝网印刷等技术印刷以便相对于传感器以大体菱形的形状排列并在此后被烧结而形成。
发明内容
然而，对于以上描述的压力传感器，由于多个电阻体以大体菱形形状排列，当在丝网印刷期间，电阻体通过印刷掩膜使用浆料印刷时，由于其排列，该电阻体不能同时印刷，并且印刷时间会发生小偏差。
因此，由于电阻体的印刷时间的这种偏差，各个电阻体的印刷条件发生差异，并且电阻体的厚度变得不一致。因此，各个电阻体的阻抗值发生变化，从而使得调整其阻抗值的操作变得复杂，导致降低生产率。
本发明的主要目的是提供一种压力传感器，其中可以容易地且一致地生产多个电阻体，借此能够提高产品质量并制造的简易度，并且还提供了一种用于这种压力传感器的制造方法。
本发明的特征在于一种压力传感器，包括：本体，该本体包括引入压力流体的流体通道；陶瓷传感器，该陶瓷传感器布置在该本体的一端，并且包括面向流体通道的薄膜膈膜部分；其中，通过厚膜印刷技术印刷的多个电阻体沿直线设置在薄膜膈膜部分上，并且以预定距离互相分离。
根据本发明，在陶瓷传感器布置在本体的一端的压力传感器中，通过厚膜印刷技术被印刷的多个电阻体沿直线设置在陶瓷传感器的薄膜膈膜部分上，并且以预定距离互相分离。
因此，当多个电阻体通过厚膜印刷技术被印刷时，由于所有电阻体可以同时被印刷，因此可以使印刷条件和膜厚度一致。因此，提高了产品质量，同时，不需要为电阻体实施调整操作，也提高了制造的简易度。
此外，本发明的特征在于一种用于制造压力传感器的制造方法，该压力传感器包括陶瓷传感器，该方法包括以下步骤：
在对传感器进行表面处理之后，在传感器的端表面上，使用导电性浆料，通过厚膜印刷技术印刷和烧结制成接线；和
通过相对于印刷掩膜刮钌基厚膜电阻浆料，通过厚膜印刷技术，在与对厚膜电阻浆料进行刮除的方向垂直的方向上沿直线同时印刷和烧结多个电阻体。
根据本发明，在通过厚膜印刷技术使用导电性浆料相对于传感器的端表面印刷和烧结制成接线之后，多个电阻体在垂直于刮除厚膜电阻浆料的方向上沿直线被印刷和烧结在传感器的端表面上。
因此，由于多个电阻体可以通过厚膜电阻浆料相对于传感器同时被印刷，印刷条件和膜厚度可以一致，由此，各个电阻体的阻抗值可以被制成一致。因此，调整电阻体的阻抗值的操作是多余的，同时提高了装配的简易度，可以获得高产品质量的压力传感器。
本发明的上述及其他目的、特征和优势通过以下描述连同附图将变得更加明显，其中本发明的优选实施例通过说明性的实例来展示。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的压力传感器的整体截面图；
图2是显示图1所示的压力传感器的传感器附近的放大截面图；
图3是图1所示的压力传感器中传感器的正视图；
图4A是传感器的正视图，其中显示了图3中电阻体的排列；和
图4B是传感器的正视图，其中显示了常规技术中电阻体的排列。
具体实施方式
如图1所示，压力传感器10包括：本体14，该本体14具有引入压力流体的流体通道12；保持器16，该保持器16安装在本体14的一端；和传感器18，该传感器18布置在保持器16内部，介于保持器16和本体14之间。
本体14例如由金属材料制成，具有第一螺纹部20，第一螺纹部20布置在其外周表面的一端，其截面为圆形形状。将在稍后描述的保持器16通过螺合整体连接至本体14。进一步，密封环22通过一端的端表面上的环形槽布置，并且抵靠以下描述的传感器18的下表面。密封环22可以是环形或者矩形，虽然当前为环形形状。
进一步，定位销24(参见图3)布置在本体14的一端，其在远离该一端的方向(箭头A的方向)突出预定的高度，并且插入稍后描述的传感器18的凹槽54中。
另一方面，类似于该一端侧，本体14的另一端的外周表面上形成第二螺纹部26。第二螺纹部26通过螺合连接至例如未图示的流体压力装置的端口，在该另一端的端表面上开口的流体引入端口28形成在该另一端的中心。此外，流体引入端口28沿着轴线方向(箭头A和B的方向)形成在本体14的中心，并与穿透至本体14的一端的流体通道12连通。
此外，横截面为六边形的螺母部30沿着轴线方向(箭头A和B的方向)形成于本体14的大致中心部分的外周表面上。通过未图示的工具夹紧螺母部30并且旋转本体14，本体14通过第二螺纹部26连接至未图示的流体压力装置等。
保持器16例如由金属材料，比如黄铜或者不锈钢等形成为有底的圆筒形状，并且在其底部的一端的中心形成开口32，其在轴线方向(箭头A和B的方向)上贯穿。此外，开口32的外周部分上形成按压部分34。进一步，在保持器16的另一端侧的内周表面上，设置有内螺纹部分36，其与本体14的第一螺纹部20螺合。此外，保持器16通过内螺纹部分36的螺合被同轴连接，以便覆盖本体14的一端。
如图1至图3所示，传感器18由陶瓷材料例如氧化铝(Al2O3，矾土)等制成。传感器18由基体38、多个电阻体40a-40d、电极44、第一和第二保护膜46，48和多个突起50组成，其中基体38截面为U形，包括位于其中心区域的凹部52，多个电阻体40a-40d安装在基体38的端表面38a上，电极44通过接线42连接至电阻体40a-40d，第一和第二保护膜46，48形成双层结构并覆盖电阻体40a-40d，多个突起50从端表面38a突出。
此外，在凹部52布置成在本体14侧(在箭头B的方向上)面对流体通道12的状态下，传感器18被容纳和支撑在保持器16和本体14之间。
如图3所示，在基体38的外周表面上形成多个凹槽54，多个凹槽54径向向内凹陷，具有半圆形截面，并且沿着轴线方向(箭头A和B的方向)延伸。此外，当传感器18装配在本体14的一端时，定位销24分别插入凹槽54，借此传感器18在圆周方向上被定位。换言之，传感器18相对于本体14的旋转被限制。
另一方面，在基体38的大致中心部分中，具有预定厚度的大致圆形隔膜部分56设置在与凹部52相对的相对侧的端表面38a侧(在箭头A的方向上)。隔膜部分56形成为比基体38的外周区域更薄，并且用作应变计的多个电阻体40a-40d布置在隔膜部分56的表面上。电阻体40a-40d例如使用厚膜印刷技术，比如丝网印刷等通过印刷和烧结形成。电阻体40a-40d沿直线排列并且以预定距离互相分离。
此外，比如，电阻体40a-40d通过烧结钌(Ru)基厚膜电阻浆料形成。
进一步，如图3所示，在使用导电性浆料进行印刷之后，连接至电阻体40a-40d的接线42和电极44被烧结，并且接线42分别连接至电极44，其中电极44布置在基体38的外边缘部分。
如图2所示，第一保护膜46布置在基体38的端表面38a上，以便覆盖电阻体40a-40d，并且通过印刷和烧结低熔点玻璃而形成。因此，电阻体40a-40d被保护，确保其防潮和绝缘特性。
第二保护膜48布置成覆盖第一保护膜46，并且通过印刷和烧结有机材料，例如环氧树脂、酚醛树脂等而形成。
进一步，如图2和3所示，多个突起50设置在基体38的端表面38a上，并且在隔膜部分56的径向外侧的位置从端表面38a突出预定高度。突起50例如形成为具有矩形截面，相对于隔膜部分56的高度为大约20至40μm，并且由与电阻体40a-40d相同的材料形成。进一步，优选地，突起50可以由与电阻体40a-40d相同的材料，并以与电阻体相同的高度，在电阻体40a-40d被印刷的同时被印刷和烧结形成。
突起50设置为多个(例如，四个)，相对于基体38的中心互相等角距离设置。突起50的位置(角度位置)按如下设定：在保持器16相对于本体14螺合和紧固的情形下，当负载(紧固负载)沿着竖直方向(箭头B的方向)从保持器16施加于传感器18的端表面时，布置在隔膜部分56上的电阻体40a-40d不太可能由于该负载而变形。此外，优选地，突起50布置在相对于隔膜部分56尽可能径向向外分离的位置。
在此，描述了以下情形，其中突起50布置在四个位置，该四个位置相对于基体38中的相应凹槽54沿着圆周方向偏移(移位)45°。
此外，当在传感器18容纳在保持器16的内部的状态下保持器16和本体14紧固在一起时，在保持器16的按压部分34被置于抵靠传感器18的突起50并且在竖直方向(轴线方向)上施加的紧固负载施加于突起50的情形下，传感器18被固定。
进一步，可以形成上述第一和第二保护膜46，48，以便同样覆盖突起50。
根据本发明的实施例的压力传感器10基本如上所述构造。接下来，将描述包括电阻体40a-40d的传感器18的制造方法。
首先，通过实施清洁、烘干等对基体38进行表面处理，该基体38由陶瓷材料，例如氧化铝等制成。
接下来，在使用例如Au、Ag、Pd、Ni、Cu等导电性浆料进行丝网印刷等相对于上述基体38的端表面38a印刷接线42之后，接线42通过烧结而凝固。
接下来，将钌(Ru)基厚膜电阻浆料放置在未图示的印刷掩膜上，并通过利用橡胶滚轴(未示出)线性地(图4A中箭头C的方向)刮除电阻浆料，电阻体40a-40d通过厚膜电阻浆料印刷而成，其由印刷图案转化而成。
在这时候，如图4A所示，通过未图示的橡胶滚轴刮除厚膜电阻浆料的方向(箭头C的方向)是垂直于沿直线并排排列的电阻体40a-40d的排列的方向。
因此，通过形成在印刷掩膜上的印刷图案，使用厚膜电阻浆料，多个电阻体40a-40d被同时印刷在基体38的端表面38a上。
换言之，在根据图4B所示的常规技术的传感器18a中，在多个电阻体60a-60d例如排列成基本菱形图案，而不是排列成直线的情形下，当厚膜电阻浆料沿着箭头C的方向被刮除时，首先，电阻体60a被印刷，接下来电阻体60b、60c被同时印刷，最后，电阻体60d被印刷。更具体地说，当多个电阻体60a-60d被印刷时，其印刷时间会发生时间差，因此，印刷条件具有差异的同时，膜厚度也同样会具有差异。
接下来，通过在基体38的端表面38a上印刷和烧结低熔点玻璃，第一保护膜46形成于端表面38a，以便覆盖电阻体40a-40d。因此，电阻体40a-40d被保护，同时确保其防潮和绝缘特性。
在上述电阻体40a-40d中发生印刷偏差的情形下，为了调整阻抗值的变化，通过例如激光等实施未图示的厚膜电阻的修整，其中厚膜电阻与电阻体40a-40d串联或者并联。
最后，由有机材料例如环氧树脂、酚醛树脂等制成的第二保护膜48被印刷和烧结以便覆盖第一保护膜46，由此实施修整构件的保护，然后传感器18的制造就完成了。
上述第一和第二保护膜46，48可以形成为只覆盖电阻体40a-40d，或者可以布置直至传感器18的外边缘部分附近，以便除了电阻体之外还覆盖多个突起50。
接下来，将简短地描述通过上述方法装配传感器18的压力传感器10的操作。此外，在此描述中，压力传感器10被置于本体14的另一端螺合并附接于未图示的流体压力装置的端口的情形中。
未图示的流体压力装置的压力流体通过本体14的流体引入端口28被引入流体通道12，压力流体沿着流体通道12朝向传感器18侧(在箭头A的方向上)流动，然后通过被引入凹部52，隔膜部分56通过压力流体的压力被按压并弯曲(变形)。
根据隔膜部分的弯曲(变形)，导致布置在隔膜部分56上的电阻体40a-40d变形，然后电阻体40a-40d将变形转化为电信号。此后，电信号通过接线42被输出至电极44。此外，电压通过相应的连接至电极44的引线58输出至未图示的测量装置等。基于上述电压，压力流体的压力可以被测量。
在上述方式中，根据本实施例，通过使用钌(Ru)基厚膜电阻浆料将多个电阻体40a-40d沿直线排列在组成压力传感器10的传感器18的端表面38a上，可以使多个电阻体40a-40d同时被印刷，例如通过丝网印刷。
因此，即使在设置有多个电阻体40a-40d的情形下，可以使各个电阻体40a-40d的印刷条件一致，并且其膜厚度也可以一致。因此，可以使多个电阻体40a-40d的阻抗值一致。进一步，用于调整电阻体40a-40d的阻抗值的修整操作的需要可以被省略，并且由于可以容易地缩短制造时间，提高了制造的简易度的同时改善了产品质量。
多个电阻体40a-40d并不局限于上述电阻体40a-40d沿直线单排设置的情形。例如，电阻体40a-40d沿着两条直线排列为两行的情形下，电阻体40a-40d也可以被同时印刷和形成。因此，通过使印刷条件和膜厚度一致，可以进一步缩短制造时间。
进一步，由于多个电阻体40a-40d的阻抗值是一致的，例如，即使室温发生改变，各个电阻体40a-40d的阻抗值以同样的方式发生改变，因此可以有利地体现其温度特性。
本发明所述的压力传感器及其制造方法并不局限于上述实施例，理所当然的是，本发明可以采用各种不偏离本发明权利要求所定义的范围的结构和配置。

Claims (4)

1.一种压力传感器(10)，其特征在于，包含：本体(14)，所述本体(14)包括引入压力流体的流体通道(12)；和陶瓷传感器(18)，所述传感器(18)布置在所述本体(14)的一端，并且包括面向所述流体通道(12)的薄膜隔膜部分(56)；
其中，通过厚膜印刷技术印刷的多个电阻体(40a至40d)沿直线设置在所述隔膜部分(56)上，并以预定距离互相分离。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻体(40a至40d)以一行或者多行设置。
3.一种用于制造压力传感器的制造方法，所述压力传感器包括陶瓷传感器(18)，其特征在于，包含以下步骤：
在对所述传感器(18)进行表面处理之后，在所述传感器(18)的端表面上，使用导电性浆料，通过厚膜印刷技术印刷和烧结制成接线；和
通过相对于印刷掩膜刮除钌基厚膜电阻浆料，通过厚膜印刷技术，在与对所述厚膜电阻浆料进行刮除的方向垂直的方向上沿直线同时印刷和烧结多个电阻体(40a至40d)。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：
利用低熔点玻璃制成的第一保护膜(46)覆盖所述电阻体(40a至40d)；和
在所述电阻体(40a至40d)的阻抗值被调整之后，利用有机材料制成的第二保护膜(48)覆盖所述第一保护膜(46)。
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