CN1096606C - 电容压力传感器或压差传感器 - Google Patents

Abstract

为避免电极之间的短路，压力传感器包括由陶瓷材料制的基底，在其一面设有一电极和一个由原始玻璃原料形成的玻璃层；一个由陶瓷材料制的膜片，它被起隔离层作用的原始玻璃原料连接到和压力密封到基底上，隔离层把膜片及基底固定成隔开一段距离形成一腔，膜片在腔的一侧设有电极，引线向里延伸和/或在隔离层区域穿过膜片到电极。压差传感器制成相对于基底的中心面成镜面对称，因而带有两个压力传感器。它们有充满油连接两个腔的孔和穿过基底穿到外面的压力连通通道。在进一步改型中，由基体的陶瓷材料或高温玻璃制的绝缘层可分别固定在玻璃层上。

Description

电容压力传感器或压差传感器

本发明涉及电容压力传感器或压差传感器。

美国专利第4388668号公开了一种电容压力传感器，包括一个由陶瓷材料制成的基底，它的一面设有第一金属电极，与基底直接接触；一个由陶瓷材料制的膜片，所述的膜片被起隔离层作用的原始玻璃原料永久连接到并被压力密封到基底上，隔离层把膜片及基底固定成彼此隔开一定的距离形成一腔，膜片在面向基底的一侧设有第二金属电极；和引线，它们在隔离层区域向里延伸到电极。

另外，美国专利第4531415号公开了一种电容压差传感器，它包括一个由陶瓷材料制成的基底，它的相互相背的两表面为第一表面和第二表面，它们分别支承着第一金属电极及第三金属电极，该两金属电极与基底直接接触；由陶瓷材料制的第一和第二膜片，所述的膜片分别被起隔离层作用的原始玻璃原料永久地连接到并被压力密封到基底的第一和第二表面上，隔离层把所述的第一和第二膜片与基底固定成彼此隔开一定距离分别形成第一腔和第二腔，和所述的第一和第二膜片分别在腔的一侧设有第二和第四金属电极；和一个孔，连接两个腔，并引导穿过基底和穿到外面，该孔和两个腔充满了油。

对于上述两种压力传感器，防止相对的电极之间短路很重要。这种短路可以为制造时留在电极之间而没有发现的材料颗粒造成，或者在操作时，由于压力超过具体的压力传感器可允许的压力，导致电极之间的接触，或者由于电极的部分与膜片和/或基底分开又重新相互接触。

按照上面提到的美国专利4531415号，它试图解决短路问题，在基底上固定一些从电极上突起成凸块的绝缘材料部分，这样在受到不允许的高的压力时，膜片的电极可被凸块隔断，不会与基底的电极接触。

但是，这种设计仅仅解决了上述短路的第二个原因，但没有防止另外两个原因造成的短路。

本发明的目的是解决现有技术电容压力传感器及压差传感器存在的短路问题。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电容压力传感器，包括：一个由陶瓷材料制的基底，它的一面设有第一金属电极，由原始的玻璃原料形成的玻璃层至少设在第一金属电极上；一个由陶瓷材料制的膜片，所述的膜片被起隔离层作用的原始玻璃原料永久地连接到并被压力密封到基底上，隔离层把膜片及基底固定成彼此隔开一定的距离形成一腔，和膜片在腔的一侧设有第二金属电极；和引线，它们向里延伸和/或在隔离层区域穿过膜片到电极。

按照本发明的另一方面，提供了一种电容压差传感器，包括：一个由陶瓷材料制的基底，它的相互相背的两表面为第一表面和第二表面，它们分别支承着第一金属电极和第三金属电极，由原始的玻璃原料形成的第一玻璃层至少设在第一金属电极上，由原始的玻璃原料形成的第二玻璃层至少设在第三金属电极上；由陶瓷材料制的第一和第二膜片，所述的膜片分别被起隔离层作用的原始玻璃原料永久地连接到并被压力密封到基底的第一和第二表面上，隔离层把所述的第一和第二膜片与基底固定成彼此隔开一定的距离分别形成第一腔和第二腔，和所述的第一和第二膜片分别在腔的一侧设有第二和第四金属电极；和引线，它们分别向里和/或穿过第一和第二膜片，或穿过两个膜片到各电极；和一个孔，连接两个腔，并引导至少穿过基底和穿到外面，该孔及两个腔充满了油。

按照本发明的压力传感器的一个改型，由基底的陶瓷材料或高温玻璃制的薄绝缘层设在覆盖第一电极的玻璃层上，所述的膜片通过隔离层与绝缘层永久连接。

按照本发明的压差传感器的一个改型，由基底的陶瓷材料或高温玻璃制的薄绝缘层分别设在覆盖第一和第三电极的玻璃层上，各所述的膜片通过各隔离层与各绝缘层永久连接。

设置在基底的电极上的玻璃层保证在基底和膜片的电极之间不发生短路，因为一根电极完全被绝缘材料所覆盖。

另外，从根本上完全地保护了基底上的电极以防止进入压力传感器腔内的潮气，这种潮气来自二个途径，一是当所述的传感器不是用作具有真空腔的绝对压力传感器，而是用作相对压力传感器，它的腔由一个通孔与环境相连通，参见美国专利5079953，或者，该腔内具有含有水份的充入压差传感器的油，这是潮气进入的第二个途径。这种防潮性能增加了压力传感器和/或压差传感器的长期稳定性。

下面参照附图所示的实施例更详细地说明本发明。为便于说明，这些图不按比例，其中类似的零件用同样的标号，附图中：

图1为电容压力传感器的横剖面图。

图2为图1所示的电容压力传感器的改进型的横剖面图。

图3为电容压差传感器的横剖面图。

图4为图3所示电容压差传感器的改进型的横剖面图。

图1所示的实施例中的电容压力传感器包括一块基底11和一块膜片12，它们各由陶瓷材料，而且最好是同样的陶瓷材料组成。特别适合用于该目的是高纯氧化铝。在顶视图中(没示出)，基底及膜片最好是圆形的或矩形的。第一金属电极13和由原始的玻璃原料形成的玻璃层14设置在基底11的表面上。

基底11和膜片12是永久性地连接着并且沿着各边在一个限定的例如20μm的距离用原始玻璃原料材料作的隔离层17使其相互压力密封着因而基底11和膜片12形成了一个腔16。

膜片12在腔的一侧设有第二金属电极15。因此，两电极13，15构成一电容器，其电解质包括部分玻璃层14和部分空气或真空。引线18和19在隔离层17的区域沿着腔的方向伸到电极。膜片12的电极15也可以通过它延伸到外面。

在制造电容压力传感器时，玻璃原材料作为一层放到包括电极13的基底11的表面上，最好在整个表面上。在边缘该层的厚度增加，在使玻璃原材料熔化的加热阶段后形成了隔离层17。因此，在边缘，隔离层与玻璃层14形成整体。上面提到的增加厚度，可以通过例如把一玻璃原料圈分别放到玻璃原料层和膜片的内侧而形成。

图2的横剖面图所示的图1的电容压力传感器的发展中，如有一薄的绝缘层20，它是由基底11的陶瓷材料或如此的高温玻璃组成，与隔离层17有适当的粘结，用来在过载时承受剪切应力，它固定到均匀的薄玻璃层14，该玻璃层由玻璃原料加热后形成。

这样，该玻璃层14不用像图1那样在边缘加固，而是用固定到绝缘层20边缘的玻璃原料环形成隔离层17。

在图3的剖面图所示的压差传感器包括一基底31，第一膜片32和第二膜片32′，它们各由陶瓷材料，最好由同样的陶瓷材料制成。特别适合的是用高纯氧化铝。同样地，基底和膜片在顶视图中(未示出)最好是圆形的或矩形的。

在基底31相互相背的两表面上，其结构是相对基底中心面成镜面对称的结构。这样，第一金属电极33位于第一表面上，而第三金属电极33′位于第二表面上。而各由原始的玻璃原料形成的第一和第二玻璃层34，34′分别设置在这些电极上。

因为膜片32、32′分别与基底的第一和第二表面是永久地连接着，并且沿着各边在一个限定的例如20μm距离用原始的玻璃原料材料作的各自的隔离层37、37′压力密封着，基底31与膜片32形成第一腔36，而与膜片32′形成第二腔36′。

膜片32、32′分别在腔的一侧设有第二和第四金属电极35，35′。这样电极对33，35和33′，35′各形成了第一和第二电容器，它们的电解质部分是各玻璃层34，34′，部分是油(见下面说明)或是空气或真空。

引线38，38′，39，39′在隔离层37，37′区域沿各腔的方向延伸到电极。膜片32，32′的电极15，15′也可以分别通过它们延伸到外面。

随附图1说明涉及的安排及加热玻璃原料也可以应用到图3的

实施例中。

在示于图4剖面图中图3的电容压差传感器的发展中，第一和第二薄绝缘层40，40′由基底31的陶瓷材料或高温玻璃组成，它们固定到均匀的薄玻璃层34，34′，该玻璃层由玻璃原料加热后形成。

在这种情况下，玻璃层34，34′不像图3那样在边缘加固，而是用固定到绝缘层40，40′边缘的玻璃原料环形成隔离层37，37′。

如图3和图4所示的压差传感器的变型还有孔41，连接两个腔36，36′，引导穿过基底31及穿过各腔之间及与外界之间设置的层。该孔及腔充满了油，油是通过连接块42注入的。

如果陶瓷或高温玻璃绝缘层成预制件连上，这些层的厚度为例如约150μm。如果需要的话，在先涂上较厚的绝缘层然后用磨削来减薄可得到较薄的(小到40μm)的绝缘层。

Claims (4)

1.一种电容压力传感器，包括：

一个由陶瓷材料制的基底(11)，它的一面设有第一金属电极(13)，由原始的玻璃原料形成的玻璃层(14)至少设在第一金属电极上；一个由陶瓷材料制的膜片(12)，所述的膜片被起隔离层(17)作用的原始玻璃原料永久地连接到并被压力密封到基底(11)上，隔离层把膜片及基底固定成彼此隔开一定的距离形成一腔(16)，和膜片在腔的一侧设有第二金属电极(15)；和引线(18，19)，它们在隔离层(17)区域向里延伸和/或穿过膜片(12)到电极(13，15)。

2、按照权利要求1的电容压力传感器，其特征在于由基底的陶瓷材料或高温玻璃制的薄绝缘层(20)设在覆盖第一电极(13)的玻璃层(14)上，所述的膜片通过隔离层(17)与绝缘层连接。

3.一种压差传感器，包括：

一个由陶瓷材料制的基底(31)，它的相互相背的两表面为第一表面和第二表面，它们分别支承着第一及第三金属电极(33，33’)，由原始的玻璃原料形成的第一、第二玻璃层(34，34’)至少分别设在所述的第一、第三金属电极上；由陶瓷材料制的第一和第二膜片(32，32’)，所述的膜片分别被起隔离层作用的原始玻璃原料永久地连接到并被压力密封到基底的第一和第二表面上，隔离层把所述的第一和第二膜片与基底固定成彼此隔开一定的距离分别形成第一腔和第二腔(36，36’)，和所述的第一和第二膜片分别在腔的一侧设有一第二和第四金属电极(35，35’)；和在各隔离层区域分别向里延伸和/或穿过第一和第二膜片或穿过两个膜片引到各电极的引线(38，38’；39，39’)；和一个连接两个腔并至少穿过基底和向外引导的孔(41)，该孔及两个腔充满了油。

4.按照权利要求3的压差传感器，其特征在于由基底的陶瓷材料或高温玻璃制的薄绝缘层(40，40’)分别设在覆盖第一和第三电极(33，33’)的玻璃层上，各所述的膜片通过各隔离层(37，37’)与各绝缘层连接。

Images