CN109115392A - 采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，定电极单端悬浮结构体采用装配式定电极结构，包括定电极装配式悬浮外壳、支撑于定电极装配式悬浮外壳内的定电极绝缘体、弹性定位器、焊接于定电极装配式悬浮外壳顶部的端盖、设于端盖与定电极绝缘体之间的三波压簧、焊接于端盖上的玻璃绝缘子，定电极装配式悬浮外壳、端盖、三波压簧分别采用与定电极绝缘体热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制成且表面镀金。本发明从根本上解决现有电极单端悬浮的电容压力传感器存在的生产效率低、生产成本高的问题，测量结果受温度影响极小，保证了传感器的测量精度，稳定性好。

Description

采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器

技术领域

本发明涉及采用装配式定电极的电容压力传感器，特别是一种采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，适用于测量气体介质的微小压力和微小绝对压力，尤其适用于有一定腐蚀性的气体。

背景技术

对于电容式绝对压力传感器（真空规）的现有技术代表者，处于世界垄断地位的美国MKS公司的真空规，由于定电极绝缘体选用了含Al₂O₃95%的95陶瓷制作，动电极及夹持焊接固支动电极的结构，以及采用装配式封装了定电极绝缘体的外壳等结构件全部用比95陶瓷的热膨胀系数大1倍多的耐腐蚀恒弹性合金制作，造成定动电极受温度影响发生很大的相对位移，纵向，定电极与动电极有±28×10^-3μm/±1℃的变化，横向，定电极相对动电极最多可以位移0.5mm。因此，要想达到0.2级精度，传感器要在45℃±1℃的恒温包中工作。并且，每次使用前，要在高真空下调零点。这种调零点的操作在应用中非常费时，也太麻烦，甚至有时根本无法实现。

本申请人为解决上述问题，申请了一种“电极单端悬浮的电容压力传感器”，公开号为CN107907263 A。如图3～图4所示，其包括带引压口支座1、双面镀贵金属的动电极2、连体屏蔽环16、薄壁刃口焊口17、动电极刃口焊口15、上夹持环3、定电极钎焊式悬浮外壳18、钎焊口21、蓝宝石绝缘体19、导电膜层6、绝缘膜层7、管式电极20。由于动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的动电极2；定电极绝缘体采用蓝宝石单晶制作的蓝宝石绝缘体19，带引压口支座1、上夹持环3、双面镀贵金属层的动电极2和动电极刃口焊口15，相互结合在一起构成带有刃口薄壁端的动电极单端悬浮结构体，该动电极单端悬浮结构体为焊接式动电极悬浮结构；封接有管式电极20的蓝宝石绝缘体19、钎焊层和底部有连体屏蔽环16的定电极悬浮外壳18，钎焊构成带有刃口薄壁端的定电极单端悬浮结构体，该定电极单端悬浮结构体为焊接式定电极悬浮结构；焊接式定、动电极悬浮结构利用薄壁刃口焊接在一起，组成动、定电极单端悬浮的电容压力传感器。由于使用了薄壁刃口结构，将热膨胀系数相差1倍左右的不同恒弹性合金制作的结构焊接在了一起，这个焊接面与焊接固支动电极的平面等高，在同一个空间平面上。利用薄壁刃口来缓冲焊接应力与热应力，使定、动电极相对悬浮和系留，在温度变化时，使定电极、动电极的伸缩从这一相同的平面各自向与此平面相反方向变化，定、动电极距离相对不变，使温度影响很微小。在纵向，定动电极受温影响只是定、动电极间预留的间隙平均值，大约100μm的间隙，按定电极的热膨胀率变化，大约是100μm×7×10^-6/℃=7×10^-4μm/℃，所受温度影响可以用电路补偿，在50℃温区内，使精度达到0.15级；横向，定电极与动电极中心对称，不发生相对位移。因此，该专利申请比美国MKS公司的上述产品有了明显进步。电极单端悬浮的结构设置保证了传感器温度漂移大幅减小，显著提高测量精度，与同样量程及用途的同类产品相比，完全避免测量介质温度变化及机械冲击对动、定电极的膨胀系数不匹配的影响，减少了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题。

但上述“电极单端悬浮的电容压力传感器”仍有如下不足：

1、该定电极单端悬浮结构体为焊接式定电极悬浮结构，具体的说是钎焊式定电极悬浮结构，采用的蓝宝石定电极绝缘体19与定电极钎焊式悬浮外壳18和管式电极20分别利用钎焊封接，则导致其生产效率较低。

2、由于定电极单端悬浮结构体采用钎焊封接结构，则不能用钎焊焊接的绝缘材料或不能用高温钎焊的材料不能用于该结构中，则定电极绝缘体的材质选择和与其钎焊焊接的材料选择受到一定的限制，生产成本相对较高。基于此，现有的电极单端悬浮的电容压力传感器仍需改进。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构简单、使用可靠的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，从根本上解决现有电极单端悬浮的电容压力传感器存在的生产效率低、生产成本高的问题，同时测量结果受温度影响极小，保证了传感器的测量精度，稳定性好。

本发明的技术方案是：

一种采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，动电极单端悬浮结构体包括带引压口支座、上夹持环、夹持焊接固支于带引压口支座和上夹持环之间的动电极，带引压口支座的上表面设有对应动电极的抛物凹面A和位于抛物凹面A外周的环形固支平面A，上夹持环的下表面设有与抛物凹面A边缘相对的抛物凹面B和位于抛物凹面B外周的环形固支平面B，上夹持环的上端为不受约束自由端，其技术要点是：所述定电极单端悬浮结构体采用装配式定电极结构，其包括定电极装配式悬浮外壳、支撑于定电极装配式悬浮外壳内的由恒弹性绝缘材料制作的定电极绝缘体、弹性定位器、焊接于定电极装配式悬浮外壳顶部的端盖、设于端盖底面与定电极绝缘体顶面之间的三波压簧、焊接于端盖上的封接有柱状电极的玻璃绝缘子，所述定电极绝缘体的下端为不受约束自由端且底面设有与抛物凹面A中部相对的抛物凹面C，且抛物凹面C上设有导电膜层，所述导电膜层上设有绝缘膜层，所述导电膜层依次通过定电极绝缘体内设置的金属化管状电极、定电极绝缘体顶面的欧姆接触膜和锥形弹簧与柱状电极导通，所述定电极装配式悬浮外壳的底面边缘和带引压口支座的顶面边缘分别设有薄壁刃口，二者的薄壁刃口对接焊接在一起形成薄壁刃口焊口，所述定电极装配式悬浮外壳、端盖、三波压簧分别采用与定电极绝缘体热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制成且表面镀金。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述定、动电极单端悬浮结构体的热膨胀系数相差一倍。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述动电极采用恒弹性合金制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极，所述上夹持环和带引压口支座分别采用与动电极相同的恒弹性合金材料制作而成，热膨胀系数相同，表面镀金。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述定电极装配式悬浮外壳和端盖分别设有相互对接的薄壁刃口结构。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述动电极被夹持封装在环形固支平面A和环形固支平面B之间，所述带引压口支座和上夹持环的对接刃口处经过焊接形成动电极刃口焊口，所述薄壁刃口焊口与动电极刃口焊口位于同一平面内，所述定电极装配式悬浮外壳底部对应薄壁刃口焊口与动电极刃口焊口之间的位置设有连体屏蔽环，所述带引压口支座的上表面设有对应连体屏蔽环的悬浮环槽，连体屏蔽环悬浮于其中。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述定电极绝缘体中心设有用于形成金属化管状电极的中心孔，所述欧姆接触膜位于中心孔顶端外周呈环形，所述锥形弹簧一端与玻璃绝缘子的柱状电极内端焊接，另一端顶靠在欧姆接触膜上，弹性连接欧姆接触膜与柱状电极，将电容变化的电信号输出。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器, 所述端盖上焊接有与定电极装配式悬浮外壳内部相通的背压引管，用作表压测量时的大气压引入口；或用作绝对压力测量时，与吸气剂室相连，并分出抽真空管口，边抽真空边高温激活吸气剂，抽至高真空状态，而后封闭抽真空管口。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述玻璃绝缘子利用含钴玻璃将柱状电极熔封在绝缘子不锈钢外壳中，所述绝缘子不锈钢外壳的热膨胀系数与端盖相同，所述含钴玻璃的热膨胀系数小于绝缘子不锈钢外壳，大于柱状电极，当含钴玻璃在高温下熔融封接了柱状电极于绝缘子不锈钢外壳中后，在含钴玻璃的熔点以下时，绝缘子不锈钢外壳压紧含钴玻璃，含钴玻璃压紧柱状电极，实现压封密封结构，所述绝缘子不锈钢外壳与柱状电极表面镀金。含钴玻璃是玻璃中含有一定比例的氧化钴，它抗压强度高，与金属浸润性好，所制成的玻璃绝缘子不易炸裂，绝缘强度高，气密性好。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述动电极单端悬浮结构体的制作过程具体是：

第一步、选择带状动电极材料，利用径向同性碾轧方法，按量程要求制作15μm～50μm厚的金属薄膜，利用石墨表面生长有碳化硅膜层的卡具夹持金属薄膜。石墨卡具的与金属薄膜接触部分的平面都生长有碳化硅膜层，目的是防止碳与金属薄膜反应，防止碳的扩散，防止粘坏金属薄膜。

第二步、根据材质特性，进行固溶和时效处理，利用经液氮冷却后的氦气或氩气对金属薄膜进行快冷、淬火，使其呈恒弹性。

第三步、根据被测介质特性，在金属薄膜的两面选择镀金或镀钌或镀铱贵金属层，膜厚≤1000Å，薄膜双面掩膜镀金、钌、铱等不吸气的贵金属膜，膜厚能达到防止氢等气体扩散性渗透就好，但也要防止因为贵金属层密度太大太厚后，引起不必要的重力影响，影响到零点，同时也是为了尽可能节省制作成本。

第四步、将镀贵金属层后的金属薄膜用计量胀紧装置胀紧，对其胀紧度加压计量，将薄膜的位移转换成电容值，放大读取，反馈调整膜的胀紧度，达到设定值后，将带着被胀好薄膜的计量胀紧装置，移至液压车床上。

第五步、利用液压车床将上夹持环与带引口支座中心对称夹紧到胀好了的薄膜上，由夹持处外周与计量胀紧装置的间隙处把金属薄膜环切开，然后移开计量胀紧装置。

第六步、车削掉夹持处外周的多余薄膜，在氩气保护下用氩弧焊或激光焊，将带引口支座和上夹持环的对接刃口焊接在一起形成动电极刃口焊口，将动电极焊接固支，形成动电极单端悬浮结构体。

上述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，所述定电极单端悬浮结构体的制作过程具体是：

第一步，选择定电极绝缘体的材料；

第二步，完成定电极绝缘体的外形、对应金属化管状电极的中心孔的加工，对中心孔及定电极绝缘体外表作抛光处理，在中心孔内形成金属化管状电极，在定电极绝缘体顶面制作欧姆接触层，在定电极绝缘体的抛物凹面C上利用掩膜法制作小于抛物凹面C直径的导电膜层，再在导电膜层的上方制作绝缘膜层，形成定电极；

第三步，将定电极装入定电极装配式悬浮外壳中，并安装弹性定位器使定电极绝缘体在定电极装配式悬浮外壳内始终保持居中位置，然后放入三波压簧，最后盖上端盖并压迫端盖，端盖与定电极装配式悬浮外壳的相互对接的薄壁刃口结构对应后进行焊接，采用在氦气保护下进行等离子束焊，所述的端盖提前从内侧方向焊接玻璃绝缘子和背压引管，柱状电极上焊接锥形弹簧，端盖与定电极装配式悬浮外壳焊接后，锥形弹簧导通欧姆接触层和柱状电极。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金结构形成装配式悬浮定电极结构，再与动电极焊接式悬浮结构利用薄壁刃口结构焊接，制成电容式压力传感器的定电极与动电极相对悬浮的电容结构。纵向，悬浮的动电极与悬浮的定电极，用其各自悬浮结构上的薄壁刃口结构对接焊接，有效地缓冲了焊接应力与热应力，并靠其焊口的系留作用，使不匹配的表面镀金的定电极悬浮外壳与带引压口支座，在发生温度变化时，各自膨胀收缩向非焊口方向产生位移，从而使定、动电极的相对位置不变；横向，由于定电极采用相同热膨胀系数结构装配封装，定电极与装配它的外壳之间最大间隙≤0.01mm，又加上装配结构以薄壁刃口结构焊接固定，横向始终中心对称，受温度影响也很小，可以用补偿电路解决。因此本发明消除了由于膨胀系数不同造成的温度漂移，解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题。按定电极热膨胀率变化，比处于世界垄断地位的美国MKS公司的产品的28×10^-3μm/℃的变化率小很多，与MKS公司产品相比，本发明在50℃温区内，精度达到了0.15级，而MKS的产品却要在45℃±1℃恒温包中工作，才能达到0.2级，本发明保证了传感器的测量精度，稳定性好。

2、由于采用了装配式悬浮定电极结构，极大的提高了定电极结构体及整个传感器的生产效率，与现有的“电极单端悬浮的电容压力传感器”相比，生产效率提高一倍以上。

3、由于采用了装配式悬浮定电极结构，取代焊接式定电极结构，对于不能用钎焊焊接的绝缘材料或不能用高温钎焊的材料都可以应用于该结构中，定电极绝缘体的材料选择较为广泛，则定电极的生产成本及整个传感器的生产成本大大降低，与现有的“电极单端悬浮的电容压力传感器”相比，成本最低降了2/3。

4、本发明既解决了生产成本和生产效率问题，又保证了定动电极悬浮结构，是在“电极单端悬浮的电容压力传感器”基础上的进步。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中Ⅰ部的放大结构示意图；

图3是已申报的“电极单端悬浮的电容压力传感器”的结构示意图；

图4是图3中Ⅱ部的放大结构示意图。

图中序号说明：1.带引压口支座、101.抛物凹面A、102.环形固支平面A、2.动电极、3.上夹持环、301.抛物凹面B、302.环形固支平面B、4.定电极装配式悬浮外壳、5.定电极绝缘体、501.抛物凹面C、6.导电膜层、7.绝缘膜层、8.金属化管状电极、9.欧姆接触膜、10.锥形弹簧、11.玻璃绝缘子、1101.柱状电极、1102.含钴玻璃、 1103.绝缘子不锈钢外壳、12.端盖、13.三波压簧、14.背压引管、15.动电极刃口焊口、16.连体屏蔽环、17.薄壁刃口焊口、18.定电极钎焊式悬浮外壳、19.蓝宝石定电极绝缘体、20.管式电极、21.钎焊口、22.弹性定位器、23.悬浮环槽。

具体实施方式

根据图1、图2，详细说明本发明的具体结构和制作方法。

该采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，动电极单端悬浮结构体包括带引压口支座1、上夹持环3、夹持焊接固支于带引压口支座1和上夹持环3之间的动电极2。带引压口支座1的上表面设有对应动电极2的抛物凹面A101和位于抛物凹面A101外周的环形固支平面A102，上夹持环3的下表面设有与抛物凹面A101边缘相对的抛物凹面B301和位于抛物凹面B301外周的环形固支平面B302，上夹持环3的上端为不受约束自由端。

其中，所述定电极单端悬浮结构体采用装配式定电极结构，其包括定电极装配式悬浮外壳4、支撑于定电极装配式悬浮外壳4内的由恒弹性绝缘材料制作的定电极绝缘体5、弹性定位器22、焊接于定电极装配式悬浮外壳4顶部的端盖12、设于端盖12底面与定电极绝缘体5顶面之间的三波压簧13、焊接于端盖12上的封接有柱状电极1101的玻璃绝缘子11，所述定电极绝缘体的下端为不受约束自由端且底面设有与抛物凹面A101中部相对的抛物凹面C501，且抛物凹面C501上设有导电膜层6，所述导电膜层6上设有绝缘膜层7，所述导电膜层6依次通过定电极绝缘体5内设置的金属化管状电极8、定电极绝缘体5顶面的欧姆接触膜9和锥形弹簧10与柱状电极1101导通，可以向外传递电信号。所述定电极装配式悬浮外壳4的底面边缘和带引压口支座1的顶面边缘分别设有薄壁刃口，二者的薄壁刃口对接焊接在一起形成薄壁刃口焊口17，所述定电极装配式悬浮外壳4、端盖12、三波压簧13分别采用与定电极绝缘体5热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制成且表面镀金。所述定、动电极单端悬浮结构体的热膨胀系数相差一倍。所述动电极2采用恒弹性合金制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极，所述上夹持环3和带引压口支座1分别采用与动电极2相同的恒弹性合金材料制作而成，热膨胀系数相同，表面镀金。

所述定电极装配式悬浮外壳4和端盖12分别设有相互对接的薄壁刃口结构。所述动电极2被夹持封装在环形固支平面A102和环形固支平面B302之间，所述带引压口支座1和上夹持环3的对接刃口处经过焊接形成动电极刃口焊口15，所述薄壁刃口焊口17与动电极刃口焊口15位于同一平面内，所述定电极装配式悬浮外壳4底部对应薄壁刃口焊口17与动电极刃口焊口15之间的位置设有连体屏蔽环16，避免用等离子束焊接薄壁刃口时，烧蚀动电极的焊口。所述带引压口支座1的上表面设有对应连体屏蔽环16的悬浮环槽23，连体屏蔽环悬浮于其中。所述定电极绝缘体5中心设有用于形成金属化管状电极8的中心孔，所述欧姆接触膜9位于中心孔顶端外周呈环形，所述锥形弹簧10一端与玻璃绝缘子11的柱状电极1101内端焊接，另一端顶靠在欧姆接触膜9上，弹性连接欧姆接触膜9与柱状电极1101，将电容变化的电信号输出。所述端盖12上焊接有与定电极装配式悬浮外壳4内部相通的背压引管14，用作表压测量时的大气压引入口时，在此管口上加内置压力参考膜盒，内置压力参考膜盒内有极薄隔离膜，导压不透气，以确保极薄隔离膜保护的电容压力传感器的动电极与定电极之间气体的介电常数不变（请参考发明专利ZL201410450247.3）。或用作绝对压力测量时，与吸气剂室相连，并分出抽真空管口，边抽真空边高温激活吸气剂，抽至高真空状态，而后封闭抽真空管口。所述玻璃绝缘子11利用含钴玻璃1102将柱状电极1101熔封在绝缘子不锈钢外壳1103中，所述绝缘子不锈钢外壳1103的热膨胀系数与端盖12相同，所述含钴玻璃1102的热膨胀系数小于绝缘子不锈钢外壳1103，大于柱状电极1101，当含钴玻璃1102在高温下熔融封接了柱状电极1101于绝缘子不锈钢外壳1103中后，在含钴玻璃1102的熔点以下时，绝缘子不锈钢外壳1103压紧含钴玻璃1102，含钴玻璃1102压紧柱状电极1101，实现压封密封结构，所述绝缘子不锈钢外壳1103与柱状电极1101表面镀金。

本实施例中，所述定电子绝缘体5采用玻璃(GG7)制成，所述定电极装配式悬浮外壳4、端盖12、三波压簧13分别采用Inconel X-750恒弹性合金材料制成。动电极2、上夹持环3和带引口支座1分别采用Inconel X-750恒弹性合金材料制作而成。

该传感器的制作过程：

1、制作定电极单端悬浮结构体。

第一步，选择定电极绝缘体5材料，可以是陶瓷、玻璃、各种晶体，只要能找到合适的恒弹性合金，满足热膨胀系数相等或者匹配，绝缘材料放气少，恒弹性就行。这样可选的绝缘体即使不能用钎焊法焊接，或者不能用高温钎焊法焊接，也可以用来制作定电极。当然也可以继续用蓝宝石制作定电极绝缘体。

第二步，完成定电极绝缘体5的外形、对应金属化管状电极8的中心孔的加工，对中心孔及定电极绝缘体5外表作抛光处理，在中心孔内形成金属化管状电极8，在定电极绝缘体5顶面制作欧姆接触层9，在定电极绝缘体5的抛物凹面C501上利用掩膜法制作小于抛物凹面C501直径的导电膜层6，再在导电膜层6的上方制作绝缘膜层7，形成定电极。

第三步，将定电极装入定电极装配式悬浮外壳4中，并在安装弹性定位器22，弹性定位器22使定电极绝缘体5在定电极装配式悬浮外壳4内始终保持居中位置（参考公开号CN107843379A的装配式定电极的电容压力传感器），然后放入三波压簧13，最后盖上端盖12并压迫端盖12，端盖12与定电极装配式悬浮外壳4的相互对接的薄壁刃口结构对应后进行焊接，采用在氦气保护下，进行等离子束焊。利用氦的大的热容量，穿透力强、惰性，让焊接能量更集中，焊口在不氧化、不氮化前提下，散热尽可能快一些，热应力区尽可能小；用等离子束焊，可以在薄的焊口内部和外部同时形成几乎一样的光滑焊道，有利于减少吸附表面积，有利于控制察看焊接质量。所述的端盖12提前从内侧方向焊接玻璃绝缘子11和背压引管14，柱状电极1101上焊接锥形弹簧10，端盖12与外壳焊接后，锥形弹簧10导通欧姆接触层9和柱状电极1101。

2、制作动电极单端悬浮结构体。

第一步、选择带状动电极2材料，利用径向同性碾轧方法，按量程要求制作15μm～50μm厚的金属薄膜，利用石墨表面生长有碳化硅膜层的卡具夹持金属薄膜。石墨卡具的与金属薄膜接触部分的平面都生长有碳化硅膜层，目的是防止碳与金属薄膜反应，防止碳的扩散，防止粘坏金属薄膜。

第二步、根据材质特性，进行固溶和时效处理，利用经液氮冷却后的氦气或氩气对金属薄膜进行快冷、淬火，使其呈恒弹性。

第三步、根据被测介质特性，在金属薄膜的两面选择镀金或镀钌或镀铱等贵金属层，膜厚≤1000Å，薄膜双面掩膜镀金、钌、铱等不吸气的贵金属膜，膜厚能达到防止氢等气体扩散性渗透就好，但也要防止因为贵金属层密度太大太厚后，引起不必要的重力影响，影响到零点，同时也是为了尽可能节省制作成本。

第四步、将镀贵金属层后的金属薄膜用计量胀紧装置胀紧，对其胀紧度加压计量，将薄膜的位移转换成电容值，放大读取，反馈调整膜的胀紧度，达到设定值后，将带着被胀好薄膜的计量胀紧装置，移至液压车床上。

第五步、利用液压车床将上夹持环3与带引口支座1中心对称夹紧到胀好了的薄膜上，由夹持处外周与计量胀紧装置的间隙处对金属薄膜进行环切，然后移开计量胀紧装置。

第六步、车削掉夹持处外周的多余薄膜，在氩气保护下用氩弧焊或激光焊，将带引口支座1和上夹持环3的对接刃口焊接在一起形成动电极刃口焊口15，将动电极焊接固支，形成动电极单端悬浮结构体。

上述的石墨卡具的与金属薄膜接触部分的平面都生长有碳化硅膜层，目的是防止碳与金属薄膜反应，防止碳的扩散，防止粘坏金属薄膜。薄膜双面掩膜镀金、钌、铱等不吸气的贵金属膜，膜厚能达到防止氢等气体扩散性渗透就好，防止因为贵金属层密度太大太厚后，引起不必要的重力影响，影响到零点，同时也是为了尽可能节省制作成本。

3、利用氦气保护的等离子束焊，将定、动电极单端悬浮结构体焊接在一起。

定电极单端悬浮结构体的定电极装配式悬浮外壳4的薄壁刃口和动电极单端悬浮结构体的带引口支座1的薄壁刃口对接焊接形成薄壁刃口焊口17，使定电极装配式悬浮外壳4与带引口支座1这两个热膨胀系数不匹配结构体焊接在一起，制成了定电极、动电极都单端自由悬浮的电容压力传感器。薄壁刃口焊口17利用氦气的大热容量、穿透力强、惰性，使焊接能量集中，产生的焊接应力极小。等离子束焊在薄壁刃口内外形成相似的光滑焊道，有利于绝压测量时减少吸附表面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，动电极单端悬浮结构体包括带引压口支座、上夹持环、夹持焊接固支于带引压口支座和上夹持环之间的动电极，带引压口支座的上表面设有对应动电极的抛物凹面A和位于抛物凹面A外周的环形固支平面A，上夹持环的下表面设有与抛物凹面A边缘相对的抛物凹面B和位于抛物凹面B外周的环形固支平面B，上夹持环的上端为不受约束自由端，其特征在于：所述定电极单端悬浮结构体采用装配式定电极结构，其包括定电极装配式悬浮外壳、支撑于定电极装配式悬浮外壳内的由恒弹性绝缘材料制作的定电极绝缘体、弹性定位器、焊接于定电极装配式悬浮外壳顶部的端盖、设于端盖底面与定电极绝缘体顶面之间的三波压簧、焊接于端盖上的封接有柱状电极的玻璃绝缘子，所述定电极绝缘体的下端为不受约束自由端且底面设有与抛物凹面A中部相对的抛物凹面C，且抛物凹面C上设有导电膜层，所述导电膜层上设有绝缘膜层，所述导电膜层依次通过定电极绝缘体内设置的金属化管状电极、定电极绝缘体顶面的欧姆接触膜和锥形弹簧与柱状电极导通，所述定电极装配式悬浮外壳的底面边缘和带引压口支座的顶面边缘分别设有薄壁刃口，二者的薄壁刃口对接焊接在一起形成薄壁刃口焊口，所述定电极装配式悬浮外壳、端盖、三波压簧分别采用与定电极绝缘体热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制成且表面镀金。

2.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述定、动电极单端悬浮结构体的热膨胀系数相差一倍。

3.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述动电极采用恒弹性合金制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极，所述上夹持环和带引压口支座分别采用与动电极相同的恒弹性合金材料制作而成，热膨胀系数相同，表面镀金。

4.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述定电极装配式悬浮外壳和端盖分别设有相互对接的薄壁刃口结构。

5.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述动电极被夹持封装在环形固支平面A和环形固支平面B之间，所述带引压口支座和上夹持环的对接刃口处经过焊接形成动电极刃口焊口，所述薄壁刃口焊口与动电极刃口焊口位于同一平面内，所述定电极装配式悬浮外壳底部对应薄壁刃口焊口与动电极刃口焊口之间的位置设有连体屏蔽环，所述带引压口支座的上表面设有对应连体屏蔽环的悬浮环槽，连体屏蔽环悬浮于其中。

6.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述定电极绝缘体中心设有用于形成金属化管状电极的中心孔，所述欧姆接触膜位于中心孔顶端外周呈环形，所述锥形弹簧一端与玻璃绝缘子的柱状电极内端焊接，另一端顶靠在欧姆接触膜上，弹性连接欧姆接触膜与柱状电极，将电容变化的电信号输出。

7.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于： 所述端盖上焊接有与定电极装配式悬浮外壳内部相通的背压引管，用作表压测量时的大气压引入口；或用作绝对压力测量时，与吸气剂室相连，并分出抽真空管口，边抽真空边高温激活吸气剂，抽至高真空状态，而后封闭抽真空管口。

8.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述玻璃绝缘子利用含钴玻璃将柱状电极熔封在绝缘子不锈钢外壳中，所述绝缘子不锈钢外壳的热膨胀系数与端盖相同，所述含钴玻璃的热膨胀系数小于绝缘子不锈钢外壳，大于柱状电极，当含钴玻璃在高温下熔融封接了柱状电极于绝缘子不锈钢外壳中后，在含钴玻璃的熔点以下时，绝缘子不锈钢外壳压紧含钴玻璃，含钴玻璃压紧柱状电极，实现压封密封结构，所述绝缘子不锈钢外壳与柱状电极表面镀金。

9.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述动电极单端悬浮结构体的制作过程具体是：

第一步、选择带状动电极材料，利用径向同性碾轧方法，按量程要求制作15μm～50μm厚的金属薄膜，利用石墨表面生长有碳化硅膜层的卡具夹持金属薄膜;

石墨卡具的与金属薄膜接触部分的平面都生长有碳化硅膜层，目的是防止碳与金属薄膜反应，防止碳的扩散，防止粘坏金属薄膜;

第二步、根据材质特性，进行固溶和时效处理，利用经液氮冷却后的氦气或氩气对金属薄膜进行快冷、淬火，使其呈恒弹性;

第三步、根据被测介质特性，在金属薄膜的两面选择镀金或镀钌或镀铱贵金属层，膜厚≤1000Å，薄膜双面掩膜镀金、钌、铱等不吸气的贵金属膜，膜厚能达到防止氢等气体扩散性渗透就好，但也要防止因为贵金属层密度太大太厚后，引起不必要的重力影响，影响到零点，同时也是为了尽可能节省制作成本;

第四步、将镀贵金属层后的金属薄膜用计量胀紧装置胀紧，对其胀紧度加压计量，将薄膜的位移转换成电容值，放大读取，反馈调整膜的胀紧度，达到设定值后，将带着被胀好薄膜的计量胀紧装置，移至液压车床上;

第五步、利用液压车床将上夹持环与带引口支座中心对称夹紧到胀好了的薄膜上，由夹持处外周与计量胀紧装置的间隙处把金属薄膜环切开，然后移开计量胀紧装置;

第六步、车削掉夹持处外周的多余薄膜，在氩气保护下用氩弧焊或激光焊，将带引口支座和上夹持环的对接刃口焊接在一起形成动电极刃口焊口，将动电极焊接固支，形成动电极单端悬浮结构体。

10.根据权利要求1所述的采用装配式定电极的电极悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述定电极单端悬浮结构体的制作过程具体是：

第一步，选择定电极绝缘体的材料；

第二步，完成定电极绝缘体的外形、对应金属化管状电极的中心孔的加工，对中心孔及定电极绝缘体外表作抛光处理，在中心孔内形成金属化管状电极，在定电极绝缘体顶面制作欧姆接触层，在定电极绝缘体的抛物凹面C上利用掩膜法制作小于抛物凹面C直径的导电膜层，再在导电膜层的上方制作绝缘膜层，形成定电极；

第三步，将定电极装入定电极装配式悬浮外壳中，并安装弹性定位器使定电极绝缘体在定电极装配式悬浮外壳内始终保持居中位置，然后放入三波压簧，最后盖上端盖并压迫端盖，端盖与定电极装配式悬浮外壳的相互对接的薄壁刃口结构对应后进行焊接，采用在氦气保护下进行等离子束焊，所述的端盖提前从内侧方向焊接玻璃绝缘子和背压引管，柱状电极上焊接锥形弹簧，端盖与定电极装配式悬浮外壳焊接后，锥形弹簧导通欧姆接触层和柱状电极。