CN107687915A - 设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器 - Google Patents

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Abstract

压阻式压力传感器(1)包括：刚性平坦支撑件(2)；具有暴露于流体压力的平坦外部面(4)和与支撑件(2)的平坦内部面(7)合作来界定容纳了膜(3)的变形的室(9)的平坦内部面(5)的平坦柔性膜(3)；电测量电路，其包括施加在膜(3)的平坦内部面(5)上的电阻惠斯登电桥(10)，用于检测膜(3)的变形；以及至少一个电阻器(Rc)，用于当流体处于参考压力时校准输出信号的值，校准电阻器(Rc)被施加在膜(3)的平坦内部面(5)上。

Description

设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器
技术领域
本发明涉及一种平坦压阻式压力传感器。
背景技术
在诸如工业、医药和机动车辆的各个领域中，已知使用包含在用于测量流体压力的换能器中的压阻式压力传感器。
平坦压阻式压力传感器通常包括由陶瓷材料制成的刚性平坦支撑件；由陶瓷材料制成的平坦柔性膜，其具有暴露于流体压力的平坦外部面和与支撑件的平坦内部面配合界定容纳膜的变形的室的平坦内部面；施加在膜的平坦内部面上的电阻惠斯通电桥，用于检测其变形。
压力传感器的关键参数之一是偏移，其必须落在精确指定的接受范围内。
偏移是指当膜受到参考压力时电阻桥的输出信号。
偏移通过使用丝网印刷法在电阻桥的构建中的公差普遍引起。
为了纠正偏移并且尽可能减小该值，电阻桥设有校准电阻器，其施加在支撑件的外部面上并且通过穿过支撑件壁的厚度的适当的通孔连接到电阻桥的其余部分，该通孔包覆有导电材料。
特别地，校准电阻器与桥的分支平行或串联地插入在支撑件上，并且使用激光切割以适当地选择值。
由于校准电阻器的存在，压力传感器具有非常复杂且因此昂贵的生产过程，特别是用于执行校准电阻器和电阻桥的其余部分之间的电连接。
此外，压力传感器的校准是相当复杂的，因为它需要微妙地选择用于进行精确和准确的激光切割所处的校准电阻器的点。
此外，在其组装之后校准压力传感器的需要意味着校准电阻器必须保持在可接近的位置，并且因此也暴露于损坏的风险。
发明内容
本发明的技术任务是消除现有技术的上述缺陷。
在本技术任务的范围中，本发明的目的是提供一种可以以简单和经济的方式制造的压阻式压力传感器。
本发明的另一个目的是提供一种易于校准的压阻式压力传感器。
本发明的另一个目的是提供一种压阻式压力传感器，其在结构上简单，机械上坚固，在测量中精确和精确，并且在其整个工作寿命中的劣化被最小化。
技术任务以及其他目的通过压阻式压力传感器来实现，所述压阻式压力传感器包括刚性平坦支撑件；平坦柔性膜，其具有暴露于流体压力的平坦外部面以及与所述支撑件的平坦内部面合作来界定容纳了所述膜的变形的室的平坦内部面；电测量电路，其包括施加在所述膜的平坦内部面上的电阻惠斯通电桥，用于检测所述膜的变形；以及至少一个电阻器，用于当所述流体处于参考压力时校准所述输出信号的值，其特征在于，所述校准电阻器被施加在所述膜的所述平坦内部面上。
所述支撑件优选地具有穿过其壁厚的第一对通孔，其包裹在导电材料中并电连接到所述电阻桥的两个电源端子；穿过其壁厚的第二对通孔，其涂覆有导电材料并且电连接到所述电阻桥的输出信号的两个测量端子，并且在其平坦外部面上所述输出信号的调节电子设备经由第二对孔电连接到所述测量电路。
所述校准电阻器优选地与所述电源端子和所述测量端子串联或并联定位。
所述电测量电路优选地包括所述校准电阻器的旁路。
所述电测量电路和所述校准电阻器优选地由介电钝化层涂覆。
所述电测量电路和所述校准电阻器优选被丝网印刷到所述膜的所述平坦内部面上。
所述校准电阻器优选地由一连串隔间形成，所述一连串隔间由于所供应的校准电阻值的离散变化而是选择性地可排除的。
为了分隔所述校准电阻器，优选地提供一连串导电划分轨迹，所述轨迹以与其端部逐渐增长的距离横向地与所述校准电阻器相交并且横向突出超过所述校准电阻器直到与所述旁路相交。
本发明还涉及一种压阻式压力传感器的校准方法，其中为了校准，所述旁路(19)的一个或多个激光切口被制作为以便排除所述校准电阻器(Rc)的一个或多个隔间。
根据本发明，校准电阻器有利地与电阻桥的其余部分一起印刷。
此外，由于旁路，在旁路不被切断的情况下，校准电阻器可能不被电阻桥感知。
为了校准，一旦电阻桥的丝网印刷过程完成，膜就传递给激光校准。
在该步骤中，激光使用探头来测量电阻桥的不平衡，并且在需要时使用专用程序来切割形成旁路的导电轨迹，以便将一个或多个隔间添加或移除到校准电阻器。
激光可以位于分隔轨迹之间的点处切断旁路，并且切口数量可随产品而变化，以便量化可以串联添加到电阻桥的两个分支的电阻值。
旁路可以从其两端开始切割，以便以不相关的方式改变电阻并且独立地校准电阻桥的分支。
在膜上然后被机械耦接玻璃和支撑件覆盖的校准电阻器有利地被保护免受可能导致其劣化的外部试剂，从而改变其初始值，并且使传感器更坚固；此外，通过切断旁路的导电轨迹而不是电阻器，使电阻器对于未来的劣化更加稳定。
压力传感器有利地具有穿过支撑件的厚度的有限数量的通孔。
由于仅将严格必要的部件插入在支撑件上，所以支撑件上的压力传感器的电路布局有利地被极大地简化。
校准电阻器有利地不再位于支撑件上的未覆盖位置，因此可以完全覆盖有介电钝化层。
校准过程有利地导致校准值的离散调节，因为激光仅在精确点处切割，从而给出电阻精确和离散值。
在这个问题上，一般来说，偏移的精确校准是不必要的，但是仅需要被设置在预定的接受范围内。
这些和其它方面将通过之后的被视为通过非限制性的示例的本发明的实施例的说明书来阐明。
附图说明
说明书涉及附图的附表，其中：
图1a示出了丝网印刷在膜的平坦内部面上的电阻桥的布局的示例，其中旁路未被切割，因此不包括校准电阻器；
图1b示出了图1a的电阻桥，其具有旁路的仅一个切口，因此排除了校准电阻器的七个隔间中的六个；
图1c示出了图1a的电阻桥，其具有两个旁路切口，因此排除了校准电阻器的七个隔间中的五个；
图2a和图2b是在耦接之前支撑件和膜的内部面的平面图；
图3a是截面压力传感器的横向正视图，其具有由流体压力变形的膜；以及
图3b是截面压力传感器的横向正视图，其具有未变形的膜。
具体实施方式
参考附图，示出了压阻式压力传感器，其通常由附图标记1表示。
压力传感器1包括刚性平坦支撑件2，其特别但并不必须由具有圆形、矩形或甚至另一种形状的陶瓷材料制成的板坯(slab)形成；以及平坦柔性膜3，其特别但并不必须由比先前的板坯和圆形或甚至另一种形状更薄的陶瓷材料制成的板坯形成。
膜3具有暴露于要测量的流体的压力的平坦外部面4和平坦内部面5。
支撑件2具有外部面6和内部面7。
支撑件2的内部面7和膜3的内部面5彼此面对，并且彼此协作且玻璃层8切向插入在它们之间用于相互连接界定腔室9，其容纳由流体压力的作用而使有源部分变形。
包括电阻惠斯登电桥10的电测量电路被施加在膜3的平坦内部面5上，用于检测膜3的变形。
支撑件7具有穿过其壁厚的第一对通孔11、12，其包覆在导电材料13、14中，并且电连接到电阻桥10的两个电源端子V+、V-以及第二对通孔15、16，其涂覆有导电材料17、18并且电连接到电阻桥10的输出信号的两个测量端子0+、0-。
支撑件7在其平坦外部面6上还具有经由第二对导电通孔15、16连接到测量电路的输出信号的调节电子设备(未示出)。
惠斯登电阻桥10包括四个主电阻器R1、R2、R3和R4。
压力传感器1还具有电阻器Rc，用于当流体处于参考压力时校准输出信号的值。
电连接到电测量电路的校准电阻器Rc有利地施加在膜3的平坦内部面5上。
特别地校准电阻器Rc串联定位在电源端子V+和V-处以及测量端子0+和0处。
电测量电路优选地还包括特别是由导电轨迹形成的校准电阻器Rc的旁路19。
电测量电路和校准电阻器Rc通过丝网印刷施加在膜3的平坦内部面5上，并且涂覆有介电钝化层(未示出)。
玻璃层8对室9进行界定并对界定了传感器的有源区域的电阻桥10的电阻器R1、R2、R3、R4以及因此被完全保护的校准电阻Rc进行限制。
校准电阻器Rc由被划分成一连串隔间20的纵向元件形成，该隔间20由于提供的校准电阻值的离散变化而是选择性地可排除的。
为了校准电阻器Rc的划分，提供了一连串导电划分轨迹21，该轨迹21以与其端部逐渐增长的距离与校准电阻器Rc横向相交并且横向突出超过校准电阻器Rc直到与旁路19相交。
为了校准，制造旁路19的一个或多个激光切口以便排除校准电阻器Rc的一个或多个隔间20。
例如，在图示的情况下，可以执行多达旁路19的七个切口，以修改串联添加到电桥10的分支的电阻值。
压力传感器的制造过程以下列方式发生。
在第一通道中，丝网方法用于在支撑件2的平坦内部面上印刷导电膏。膏被吸附以便在通孔13、14、17、18中创建导电沉积物11、12、15、16并且执行第一次烧制(firing)。
然后将必要的导电轨迹印刷在支撑件2的平坦外部面上，并且执行烘箱中的第二次烧制。
然后印刷基准标记，具有存在保护介电的丝网过程的可追溯性。
此时，粘合剂玻璃8的一部分印刷在支撑件2的平坦内部面上，其中粘合剂玻璃8的其余部分印刷在膜3的平坦内部面上，将用于连接膜3的支撑件2并且限定膜3的柔性区域。
然后将支撑件2在烘箱中烧结。
此后，再次在支撑件2的平坦内部面上和在第一丝网动作中印刷的导电膏上方印刷导电玻璃，然后在烘箱中执行进一步的烧结。
此时支撑件2准备好耦接。
在膜3的平坦内部面上，首先通过丝网方法印刷必要的导电轨迹，然后在烘箱中第一次烧制之后，桥的电阻器R1、R2、R3、R4和校准电阻器Rc被印刷。
然后执行在烘箱中进一步烧制步骤。
此时执行偏移的校准，可能制造旁路19的一个或多个激光切口使得由校准电阻器Rc提供的电阻呈现足够的值。
然后测量电路和校准电阻器涂覆有钝化层，并且执行整个组件的烧制。
然后将粘合剂玻璃8的其余部分印刷在膜3的平坦内部面上，用于胶合支撑件，并且将膜3新放置在烘箱中以对粘合剂玻璃8烧结。
此时，将导电玻璃印刷在用于电连接到导电孔11、12、15、16的端子上方，并且在烘箱中发生新的烧结。
此时，膜准备好耦接。
通过将支撑件2和膜3的平坦内部面叠置，使得导电玻璃区域叠加并且连接玻璃的区域叠加，并且通过在烘箱中烧结使得粘合剂玻璃8熔化成为单体，并且导电玻璃熔化形成电连接，而完成耦接。
在这一点上，调节电子器件安装在支撑件2的外部面上。显然，通过提供从其制作支撑件2的大的厚板坯以及从其制作膜3的大且较薄的板坯，可以同时生产多个压力传感器。
在实践中，与上述相同的操作同时在厚板坯和薄板坯的一连串前缀区域上进行，随后将厚板坯和薄板坯彼此接合，最后从两个接合的板坯切割单个压力传感器。
本文构思的压力传感器容易受到许多修改和变型，这些修改和变型都落入本发明构思的范围内；此外，所有细节都可由技术上等同的要素替代。
在实践中，所使用的材料以及尺寸可以根据需要和现有技术来任意选择。

Claims (10)

1.一种压阻式压力传感器(1)，包括：刚性平坦支撑件(2)；平坦柔性膜(3)，其具有暴露于流体压力的平坦外部面(4)以及平坦内部面(5)，所述平坦内部面(5)与所述支撑件(2)的平坦内部面(7)合作来界定容纳了所述膜(3)的变形的室(9)；电测量电路，其包括施加在所述膜(3)的平坦内部面(5)上的电阻惠斯通电桥(10)，用于检测所述膜(3)的变形；以及至少一个电阻器(Rc)，用于当所述流体处于参考压力时补偿所述输出信号的值，其特征在于，所述校准电阻器(Rc)被施加在所述膜(3)的所述平坦内部面(5)上。
2.根据权利要求1所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述支撑件(2)具有穿过其壁厚的第一对通孔(11、12)，其包覆在导电材料(13、14)中并且电连接到所述电阻桥(10)的两个电源端子(V+、V-)；第二对通孔(15、16)，其涂覆有导电材料(17、18)并且电连接到所述电阻桥(10)的输出信号的两个测量端子(0+、0-)，并且在其平坦外部面(6)上所述输出信号的调节电子设备经由第二对孔(15、16)电连接到所述测量电路。
3.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述校准电阻器(Rc)与所述电源端子(V+、V-)以及与所述测量端子(0+、0-)串联或并联定位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述电测量电路包括所述校准电阻器(Rc)的电阻的切口或旁路(19)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述电测量电路和所述校准电阻器(Rc)由介电钝化层涂覆。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述电测量电路和所述校准电阻器(Rc)被丝网印刷到所述膜(3)的所述平坦内部面(5)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，所述校准电阻器(Rc)由一连串隔间(20)形成，所述一连串隔间由于所供应的校准电阻值的离散变化而是选择性地可排除的。
8.根据前述权利要求所述的压阻式压力传感器(1)，其特征在于，为了共享所述校准电阻器(Rc)，提供了一连串导电划分轨迹(21)，该轨迹(21)以与其端部逐渐增长的距离与所述校准电阻器(Rc)横向相交并且横向突出超过所述校准电阻器(Rc)直到与所述旁路(19)相交。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压阻式压力传感器(1)的校准方法，其特征在于，在所述支撑件(2)和所述膜(3)之间的机械耦接之前执行校准。
10.根据前述权利要求所述的压阻式压力传感器(1)的校准方法，其特征在于，为了所述校准，所述旁路(19)的一个或多个激光切口被制作以便排除所述校准电阻器(Rc)的一个或多个隔间(20)。
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