CN107505081A - 一种小型硅蓝宝石压差传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型硅蓝宝石压差传感器，用于液压或气压的压力压差测量，其中，敏感芯体的顶部加工出金属膜片，金属膜片上设置硅蓝宝石芯片，金属膜片和硅蓝宝石芯片高温烧结为一体并通过转接板和第一导线与电路板相连，敏感芯体整体置于基座内，敏感芯体上段为螺纹段，与基座螺纹连接，敏感芯体下段为密封段，与基座密封连接。本发明的小型硅蓝宝石压差传感器不仅避免了目前油封式硅压阻压差传感器中硅油泄露带来的隐患，还具有小型化、精度高、抗干扰能力强、可靠性高、环境适应性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型硅蓝宝石压差传感器，尤其是航天系统技术中适用于其伺服系统的一种小型硅蓝宝石压差传感器。
背景技术
航天系统技术中，其伺服系统中常用的压差传感器为硅压阻式压差传感器，此种硅压阻式压差传感器具备压力测量及动压反馈的功能，且需要满足耐高温、小型化、高精度的要求。现有技术中，该硅压阻式压差传感器内部使用的压力敏感芯体的封装结构为油封式，即敏感芯片内部用于传递压力的硅油需要通过薄膜与被测介质隔离。由于硅压阻式压差传感器在伺服系统中也是液压油路密封的一部分，硅油密封失效不仅引起硅压阻式压差传感器失效，还会污染液压油，严重的会引起伺服系统无法正常运转。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点和不足，提供一种小型硅蓝宝石压差传感器，用于液压或气压的压力压差测量，其不仅避免了目前油封式硅压阻压差传感器中硅油泄露带来的隐患，还具有小型化、精度高、抗干扰能力强、可靠性高、环境适应性强的特点，其各项性能指标均能满足伺服系统使用要求。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种小型硅蓝宝石压差传感器，包括壳体、电路板、转接板、敏感芯体、密封圈、保护盖、螺柱、硅蓝宝石芯片、基座，基座是壳体的一部分，其中，敏感芯体的顶部加工出金属膜片，金属膜片上设置硅蓝宝石芯片，金属膜片和硅蓝宝石芯片高温烧结为一体并通过转接板和第一导线与电路板相连，敏感芯体整体置于基座内，敏感芯体上段为螺纹段，与基座螺纹连接，敏感芯体下段为密封段，与基座密封连接，基座上端面设置敏感芯体的保护盖，电路板通过螺柱支撑在基座上部，并通过第二导线连接至插座；基座、保护盖、第一导线、螺柱、第二导线均置于壳体内，插座伸出壳体。
进一步的，所述小型硅蓝宝石压差传感器内部安装两个敏感芯体，用于分别感应两压力腔的压力，通过调理电路输出与两压力腔压差成比例的直流电压信号。
进一步的，所述金属膜片材质为钛合金TC11，其结构为C型。
进一步的，所述螺纹连接的螺纹为M12。
进一步的，所述密封连接中的密封件为双层密封圈。
进一步的，所述敏感芯体的材质为钛合金TC11。
进一步的，所述壳体的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。
进一步的，所述调理电路中，放大器A1和放大器A2组成第一级同向并联差动放大器，放大器A3构成第二级差动放大。
进一步的，所述调理电路中，在电源线、输出信号线和所述小型硅蓝宝石压差传感器的输出线上均使用磁珠和三端电容。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明的小型硅蓝宝石压差传感器为无硅油介质传感器，避免了目前油封式硅压阻压差传感器中硅油泄露带来的隐患。
2、本发明的壳体材料为不锈钢，敏感芯体的材料为钛合金，敏感芯体与壳体中的基座间采用螺纹连接和双密封圈密封连接，安装便利，突破了传统硅蓝宝石敏感芯体与成本高昂的钛合金壳体进行焊接的结构，大幅度降低了材料成本，同时，也大幅降低了壳体的加工难度。
3、本发明的硅蓝宝石芯片和敏感芯体为一体化通用结构，且尺寸控制在Φ12mm范围内，从而适应了目前压差传感器的小型化的要求。
4、本发明中的调理电路选择了放大器对信号进行放大调理，同时采用了三端电容、磁珠抗干扰设计技术，提高了产品抗干扰能力。
5、传感器整体结构采用三段一体式焊接结构，提高了传感器抗空间电磁辐射的能力，以及环境耐受性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的小型硅蓝宝石压差传感器结构图。
图2是本发明的小型硅蓝宝石压差传感器内部电路原理图。
图中：1-壳体；2-电路板；3-转接板；4-敏感芯体；5-密封圈；6-保护盖；7-螺柱；8-硅蓝宝石芯片；9-基座。
具体实施方式
参照图1所示的本发明的小型硅蓝宝石压差传感器结构图：小型硅蓝宝石压差传感器包括壳体1、电路板2、转接板3、敏感芯体4、密封圈5、保护盖6、螺柱7、硅蓝宝石芯片8、基座9，基座9是壳体1的一部分，其中，敏感芯体4的顶部加工出金属膜片，金属膜片上设置硅蓝宝石芯片8，金属膜片和硅蓝宝石芯片8高温烧结为一体并通过转接板3和第一导线与电路板2相连，敏感芯体4整体置于基座9内，敏感芯体4上段为螺纹段，与基座9螺纹连接，敏感芯体4下段为密封段，与基座9密封连接，基座9上端面设置敏感芯体4的保护盖6，电路板2通过螺柱7支撑在基座9上部，并通过第二导线连接至插座；基座9、保护盖6、第一导线、螺柱7、第二导线均置于壳体1内，插座伸出壳体1。
所述小型硅蓝宝石压差传感器内部安装两个敏感芯体4，用于分别感应两压力腔的压力，通过调理电路输出与两压力腔压差成比例的直流电压信号。
作为小型硅蓝宝石压差传感器的受压部，所述金属膜片材质为钛合金TC11，其结构为C型，对该C型金属膜片的受力情况进行有限元分析可知：其最大应变在C型膜片的中心部位，其应变数值量为正最大，且该应变数值量以其中心部位为圆心向周边递减。该金属膜片的尺寸控制在Φ8mm内，进而保证了其所在的敏感芯体4的尺寸控制在Φ12mm内。
所述螺纹连接的螺纹为M12，所述敏感芯体4的材质为钛合金TC11，其结构强度验证如下：
钛合金TC11材料抗拉强度σb＝1000MPa，取安全系数n＝3，则许用应力为：
根据抗剪切许用应力与抗拉伸许用应力的关系：
[τ]＝(0.6～0.8)[σ]
选择材料的抗剪切许用应力为：
[τ]＝0.6[σ]＝0.6×180＝200(MPa)
螺纹的剪切应力
即τ<[τ]，螺纹的剪切应力满足要求。
所述壳体的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。
所述密封连接中的密封件为双层密封圈5。
参照图2的本发明的小型硅蓝宝石压差传感器内部电路原理图：放大器A1和放大器A2组成第一级同向并联差动放大器，由于放大器A1和放大器A2的输入端不吸收电流，并且电路结构对称，因此，漂移和失调相互抵消，具有抑制共模信号干扰的能力；放大器A3构成第二级差动放大，提高了放大倍数，可有效地抑制共模信号干扰。在电源线、输出信号线和所述小型硅蓝宝石压差传感器的输出线上均使用磁珠和三端电容。利用磁珠在高频状态下其阻抗迅速增加的特性和磁性损耗机理来抑制和吸收高频噪声，从而达到抗电磁干扰的目的。三端电容具有比普通电容更优的高频滤波效果。在三端电容的引线上安装磁珠，则会增加滤波效果。
本发明的小型硅蓝宝石压差传感器性能指标见表1。
表1小型硅蓝宝石压差传感器性能指标
Claims (9)
1.一种小型硅蓝宝石压差传感器，包括壳体、电路板、转接板、敏感芯体、密封圈、保护盖、螺柱、硅蓝宝石芯片、基座，基座是壳体的一部分，其特征在于：敏感芯体的顶部加工出金属膜片，金属膜片上设置硅蓝宝石芯片，金属膜片和硅蓝宝石芯片高温烧结为一体并通过转接板和第一导线与电路板相连，敏感芯体整体置于基座内，敏感芯体上段为螺纹段，与基座螺纹连接，敏感芯体下段为密封段，与基座密封连接，基座上端面设置敏感芯体的保护盖，电路板通过螺柱支撑在基座上部，并通过第二导线连接至插座；基座、保护盖、第一导线、螺柱、第二导线均置于壳体内，插座伸出壳体。
2.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述小型硅蓝宝石压差传感器内部安装两个敏感芯体，用于分别感应两压力腔的压力，通过调理电路输出与两压力腔压差成比例的直流电压信号。
3.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述金属膜片材质为钛合金TC11，其结构为C型。
4.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述螺纹连接的螺纹为M12。
5.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述密封连接中的密封件为双层密封圈。
6.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述敏感芯体的材质为钛合金TC11。
7.如权利要求1所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述壳体的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。
8.如权利要求2所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述调理电路中，放大器A1和放大器A2组成第一级同向并联差动放大器，放大器A3构成第二级差动放大。
9.如权利要求8所述的小型硅蓝宝石压差传感器，其特征在于：所述调理电路中，在电源线、输出信号线和所述小型硅蓝宝石压差传感器的输出线上均使用磁珠和三端电容。
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