CN109100079A - 新型由壬压力传感器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型由壬压力传感器及制造方法，制造方法包括制造敏感芯体、球头、紧固栓、壳体；利用离子束溅射技术和精密光刻技术加工敏感芯体；将各部件组装并进行疲劳和高低温试验制成新型由壬压力传感器。由于采用了溅射薄膜技术制造压力芯体，敏感材料原子沉积在弹性体上，实现了敏感材料与弹性体的原子融合，使得新型由壬压力传感器具有精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可靠性高、工作寿命长的优点。由壬结构分体设计，敏感芯体通过坚固栓压紧密封，使新型由壬压力传感器具有生产维修方便、消耗成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种新型由壬压力传感器及制造方法。
背景技术
在油气钻井、钻孔加固、水泥灌浆固井、水力压裂等工程中需要使用由壬压力传感器。这些工作条件下，环境恶劣，对传感器的要求高。目前主要使用的由壬压力传感器产品是粘贴应变片式一体化产品，主要优点是可以测量较大量程压力，缺点是产品稳定性差，测量精度不高；另外由于是一体式结构，产品一旦损坏将全部报废，成本消耗高。
因此，开发一种测量精度高、稳定性好、成本消耗较低的新型由壬压力传感器极其重要。
溅射薄膜压力传感器是采用真空原子薄膜沉积技术，将绝缘材料、应变敏感材料、保护材料等沉积在弹性体表面而形成的一种性能优良的压力传感器，它具有精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可靠性高、工作寿命长等优点。利用溅射薄膜压力传感器芯体以及合理的由壬分体结构设计，制造新型由壬压力传感器，在油气钻井、水泥灌浆固井等领域应用，可以很好的解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种新型由壬压力传感器及制造方法，以实现测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可靠性高、工作寿命长、产品消耗成本低等优点。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种新型由壬压力传感器制造方法，包括以下步骤：
S1.采用机械加工方法制造倒U型杯状敏感芯体，将所述敏感芯体上表面进行研磨抛光，利用薄膜沉积技术和图形转移技术在所述敏感芯体的上表面制造对压力具有敏感作用的应变电阻并形成测量电路，之后对所述敏感芯体进行高温退火处理；
S2.采用机械加工的方法制造具有位于下部中心的引压孔、上部中心位置与所述引压孔连通的球头上腔、所述球头上腔边缘的内螺纹、位于上部周边的密封槽、位于所述密封槽外边的多个均匀分布的球头螺孔的球头；
S3.采用机械加工方法制造中心带有中心通孔、下端带有外螺纹的紧固栓；
S4.采用机械加工的方法制造具有位于下部的壳体下腔、位于上部并与所述壳体下腔连通的壳体上腔、与所述壳体上腔连通的均匀水平分布的多个上腔通孔、位于下部外周的均匀分布的多个壳体螺孔的壳体；
S5.利用焊接设备，在所述敏感芯体上表面的芯体焊盘上焊接内引线；
S6.将外购的O型垫片放置在所述球头的球头上腔的底部支撑凸台上，将焊接有内引线的所述敏感芯体放置在所述O型垫片上，将所述紧固栓沿所述球头的内螺纹拧入球头上腔内，使所述紧固栓的下端面压紧所述敏感芯体的芯体上台阶，并使内引线穿过所述紧固栓的中心通孔；
S7.将所述内引线与调理电路板上的对应输入端连接；
S8.将所述调理电路板利用固定螺钉安装在所述壳体的壳体下腔的顶部；
S9.将所述调理电路板的信号输出端通过外引线连接在接插件的输入端上；
S10.将所述接插件安装在所述壳体的壳体上腔的底部中心位置，并通过接插螺钉固定；
S11.将O形密封圈安装在所述球头的密封槽上；
S12.利用密封螺钉穿过壳体螺孔将安装有所述调理电路板和接插件的壳体固定在所述球头的球头螺孔上，并使所述壳体和所述球头之间达到密封状态，这样得到新型由壬压力传感器产品；
S13.将所述新型由壬压力传感器产品进行高低温和交变疲劳试验；
S14.对所述新型由壬压力传感器产品进行打标与标定，并封装入库。
优选的，所述的新型由壬压力传感器采用上述方法制得。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：由于采用了溅射薄膜技术制造压力传感器，敏感材料原子沉积在弹性体上，实现了敏感材料与弹性体的原子融合，使得传感器具有精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可靠性高、工作寿命长的优点。由壬结构分体设计，敏感芯体通过坚固栓压紧密封，使新型由壬压力传感器同时具有精度高、稳定性好、可靠性高、工作寿命长、消耗成本低等优点。
本发明的新型由壬压力传感器的主要性能指标如下：
测量范围：0～5～250MPa 综合精度：0.1％FS～0.5％FS
工作温度范围：-55℃～125℃ 消耗电流：≤8mA；
零点温度漂移：≤±0.01％FS/℃ 长期稳定性：≤±0.1％FS/年
附图说明
图1为本发明的新型由壬压力传感器的整体剖面示意图。
图2为本发明的新型由壬压力传感器的球头与敏感芯体组合示意图。
图3为本发明的新型由壬压力传感器的壳体示意图。
图4为本发明的新型由壬压力传感器的坚固栓剖面示意图。
图中：1、球头；2、坚固栓；3、敏感芯体；4、O型垫片；5、壳体；6、调理电路板；7、接插件；8、O型密封圈；9、密封螺钉；10、固定螺钉；11、接插螺钉；
101、引压孔；102、球头上腔；103、支撑凸台；104、内螺纹；105、密封槽；106、球头螺孔；107、喇叭口；
201、中心通孔；202、下端面；203、外螺纹；204、六方；
301、芯体上台阶；302、芯体焊盘；303、芯体下腔；304、内引线；
501、壳体下腔；502、壳体上腔；503、上腔通孔；504、壳体螺孔；
601、外引线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1、2、3、4所示，一种新型由壬压力传感器，采用机械加工方法制造倒U型杯状敏感芯体3，将所述敏感芯体3上表面进行研磨抛光，利用薄膜沉积技术和图形转移技术在所述敏感芯体3的上表面制造对压力具有敏感作用的应变电阻并形成测量电路，之后对所述敏感芯体3进行高温退火处理。
采用机械加工的方法制造球头1，所述球头1下部中心位置设有引压孔101，引压孔101的下端缘开有喇叭口107，便于粘稠流体不易堵塞在引压孔101中。球头1上部中心位置加工有与所述引压孔101连通的球头上腔102。所述球头上腔102边缘加工有内螺纹104。位于所述球头1上部周边加工有密封槽105，密封槽105可安装O型密封圈8。位于所述密封槽105外边加工有多个均匀分布的球头螺孔106。
采用机械加工方法加工中心带有中心通孔201、下端带有外螺纹203的紧固栓2。
采用机械加工的方法制造壳体5，所述壳体5下部加工有壳体下腔501，上部加工有与所述壳体下腔501连通的壳体上腔502；壳体上腔502边缘加工有与所述壳体上腔502连通的均匀水平分布的多个上腔通孔503，所述上腔通孔503用于系吊绳和液体溢出。所述壳体5下部外周加工有均匀分布的多个壳体螺孔504。
利用焊接设备，在所述敏感芯体3上表面的芯体焊盘302上焊接内引线304。
将外购的O型垫片4放置在所述球头1的球头上腔102的底部支撑凸台103上，将焊接有内引线304的所述敏感芯体3放置在所述O型垫片4上。将所述紧固栓2沿所述球头1的内螺纹104拧入球头上腔102内，使所述紧固栓2的下端面202压紧所述敏感芯体3的芯体上台阶301，通过六方204施加一定扭矩，使所述敏感芯体3与球头1达到牢固密封。同时使内引线304穿过所述紧固栓2的中心通孔201。由于采用了敏感芯体与球头分离的设计方案，一旦产品损坏，可以方便更换芯体而不需要报废全部产品，节省产品消耗成本。
将所述内引线304与调理电路板6上的对应输入端连接，并将所述调理电路板6利用固定螺钉10安装在所述壳体5的壳体下腔501的顶部。
将所述调理电路板6的信号输出端通过外引线601连接在接插件7的输入端上；将所述接插件7安装在所述壳体5的壳体上腔502的底部中心位置，并通过接插螺钉11固定。
利用密封螺钉9穿过壳体螺孔504将安装有所述调理电路板6和接插件7的壳体5固定在所述球头1的球头螺孔106上。由于所述密封槽105内放置有O型密封圈8，所述壳体5和所述球头1之间达到密封状态，这样得到新型由壬压力传感器产品。
将所述新型由壬压力传感器产品进行高低温和交变疲劳试验，之后对所述新型由壬压力传感器产品进行打标与标定，并封装入库。
相应的一种新型由壬压力传感器制造方法，包括以下步骤：
S1.采用机械加工方法制造倒U型杯状敏感芯体3，将所述敏感芯体3上表面进行研磨抛光，利用薄膜沉积技术和图形转移技术在所述敏感芯体3的上表面制造对压力具有敏感作用的应变电阻并形成测量电路，之后对所述敏感芯体3进行高温退火处理；
S2.采用机械加工的方法制造具有位于下部中心的引压孔101、上部中心位置与所述引压孔101连通的球头上腔102、所述球头上腔102边缘的内螺纹104、位于上部周边的密封槽105、位于所述密封槽105外边的多个均匀分布的球头螺孔106的球头1；
S3.采用机械加工方法制造中心带有中心通孔201、下端带有外螺纹203的紧固栓2；
S4.采用机械加工的方法制造具有位于下部的壳体下腔501、位于上部并与所述壳体下腔501连通的壳体上腔502、与所述壳体上腔502连通的均匀水平分布的多个上腔通孔503、位于下部外周的均匀分布的多个壳体螺孔504的壳体5；
S5.利用焊接设备，在所述敏感芯体3上表面的芯体焊盘302上焊接内引线304；
S6.将外购的O型垫片4放置在所述球头1的球头上腔102的底部支撑凸台103上，将焊接有内引线304的所述敏感芯体3放置在所述O型垫片4上，将所述紧固栓2沿所述球头1的内螺纹104拧入球头上腔102内，使所述紧固栓2的下端面202压紧所述敏感芯体3的芯体上台阶301，并使内引线304穿过所述紧固栓2的中心通孔201；
S7.将所述内引线304与调理电路板6上的对应输入端连接；
S8.将所述调理电路板6利用固定螺钉10安装在所述壳体5的壳体下腔501的顶部；
S9.将所述调理电路板6的信号输出端通过外引线601连接在接插件7的输入端上；
S10.将所述接插件7安装在所述壳体5的壳体上腔502的底部中心位置，并通过接插螺钉11固定；
S11.将O形密封圈8安装在所述球头1的密封槽105上；
S12.利用密封螺钉9穿过壳体螺孔504将安装有所述调理电路板6和接插件7的壳体5固定在所述球头1的球头螺孔106上，并使所述壳体5和所述球头1之间达到密封状态，这样得到新型由壬压力传感器产品；
S13.将所述新型由壬压力传感器产品进行高低温和交变疲劳试验；
S14.对所述新型由壬压力传感器产品进行打标与标定，并封装入库。
产品具体工作原理为：当流体压力通过喇叭口107，流经引压孔101，达到芯体下腔303，作用在敏感芯体3的弹性膜片上时，所述弹性膜片上的测量电路输出与所受压力成比例的电信号。所述电信号输入至调理电路板6并通过调理电路板6调理成标准的输出信号，经外引线601输出至接插件7，通过所述接插件7检测输出的标准信号即可得到所受压力值的大小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本发明所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种新型由壬压力传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采用机械加工方法制造倒U型杯状敏感芯体(3)，将所述敏感芯体(3)上表面进行研磨抛光，利用薄膜沉积技术和图形转移技术在所述敏感芯体(3)的上表面制造对压力具有敏感作用的应变电阻并形成测量电路，之后对所述敏感芯体(3)进行高温退火处理；
S2.采用机械加工的方法制造具有位于下部中心的引压孔(101)、上部中心位置与所述引压孔(101)连通的球头上腔(102)、所述球头上腔(102)边缘的内螺纹(104)、位于上部周边的密封槽(105)、位于所述密封槽(105)外边的多个均匀分布的球头螺孔(106)的球头(1)；
S3.采用机械加工方法制造中心带有中心通孔(201)、下端带有外螺纹(203)的紧固栓(2)；
S4.采用机械加工的方法制造具有位于下部的壳体下腔(501)、位于上部并与所述壳体下腔(501)连通的壳体上腔(502)、与所述壳体上腔(502)连通的均匀水平分布的多个上腔通孔(503)、位于下部外周的均匀分布的多个壳体螺孔(504)的壳体(5)；
S5.利用焊接设备，在所述敏感芯体(3)上表面的芯体焊盘(302)上焊接内引线(304)；
S6.将外购的O型垫片(4)放置在所述球头(1)的球头上腔(102)的底部支撑凸台(103)上，将焊接有内引线(304)的所述敏感芯体(3)放置在所述O型垫片(4)上，将所述紧固栓(2)沿所述球头(1)的内螺纹(104)拧入球头上腔(102)内，使所述紧固栓(2)的下端面(202)压紧所述敏感芯体(3)的芯体上台阶(301)，并使内引线(304)穿过所述紧固栓(2)的中心通孔(201)；
S7.将所述内引线(304)与调理电路板(6)上的对应输入端连接；
S8.将所述调理电路板(6)利用固定螺钉(10)安装在所述壳体(5)的壳体下腔(501)的顶部；
S9.将所述调理电路板(6)的信号输出端通过外引线(601)连接在接插件(7)的输入端上；
S10.将所述接插件(7)安装在所述壳体(5)的壳体上腔(502)的底部中心位置，并通过接插螺钉(11)固定；
S11.将O形密封圈(8)安装在所述球头(1)的密封槽(105)上；
S12.利用密封螺钉(9)穿过壳体螺孔(504)将安装有所述调理电路板(6)和接插件(7)的壳体(5)固定在所述球头(1)的球头螺孔(106)上，并使所述壳体(5)和所述球头(1)之间达到密封状态，这样得到新型由壬压力传感器产品；
S13.将所述新型由壬压力传感器产品进行高低温和交变疲劳试验；
S14.对所述新型由壬压力传感器产品进行打标与标定，并封装入库。
2.根据权利要求1所述的新型由壬压力传感器，其特征在于，采用权利要求1所述的新型由壬压力传感器制造方法制得。
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