CN110646058A - 一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法，所述测量液位的数字压力传感器包括：微型压力传感器芯片、数字调理芯片、电路板和金属屏蔽罩，所述微型压力传感器和数字调理芯片并排安装在电路板上，所述金属屏蔽罩安装在电路板的两端，金属屏蔽罩的端部设有气帽接口，电路板上方的金属屏蔽罩内填充柔性硅胶胶水。本发明解决了解决现有液位测量装置测量精度低、不能防水防油的问题。

Description

一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法

技术领域

本发明实施例涉及液位测量技术领域，具体涉及一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法。

背景技术

在现代工业、建筑、地址勘测、医疗领域，均会涉及到液位测量，传统的液位测量采用机械电传方式和雷达测量装置，其中，机械电传方式，在液面表面设置可随液面浮动的浮标，浮标运动到不同位置会产生大小不同电信号，最终将电信号转换为液位信号；雷达测量装置通过雷达波的反射时间差计算实际液位，测量精度较低。

目前市面上自电液位测量普遍用霍尔开关进行分段式测试，存在一些问题，首先，不能提供精细化的测试值，只能按设计的段位，比如5段，只能测量1/5，2/5，3/5，4/5，5/5，相当于开关量；其次，后端应用机械设计结构不灵活，产品在升级时内部液位腔体空间被限制太多，导致市场上的产品在体积上没有太多自由空间；再者，结构设计成本过高，霍尔开关本自是半导体的应用，全部安装在水中需要有支撑体，如果需要越精细，就导致使用越多的霍尔开关，外部就需要越多的保护结构，导致了在组装过程中需要的成本就越高。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法，以解决现有液位测量装置测量精度低、不能防水防油的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，公开了一种测量液位的数字压力传感器，所述测量液位的数字压力传感器包括：微型压力传感器芯片、数字调理芯片、电路板和金属屏蔽罩，所述微型压力传感器和数字调理芯片并排安装在电路板上，所述金属屏蔽罩安装在电路板的两端，金属屏蔽罩的端部设有气帽接口，电路板上方的金属屏蔽罩内填充柔性硅胶胶水。

进一步地，所述微型压力传感器芯片包括压力膜，所述压力膜上表面集成有传感电路，压力膜底部的电路板上开设有圆形通孔。

进一步地，所述数字调理芯片与微型压力传感器芯片连接，所述数字调理芯片内集成有放大器、震荡隔离器、模数转换器、存储器和定时器，数字调理芯片内烧录有传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序。

进一步地，所述金属屏蔽罩包括上金属屏蔽罩和下金属屏蔽罩，所述上金属屏蔽罩呈两端开口的圆筒状，上金属屏蔽罩的底部通过胶水与电路板连接，微型压力传感器芯片和数字调理芯片位于上金属屏蔽罩内，所述下金属屏蔽罩通过胶水与电路板连接，下金属屏蔽罩的顶部开口对准电路板上开设的圆形通孔，下金属屏蔽罩的底部设有开口。

进一步地，所述上金属屏蔽罩顶部设置有上气帽接口，通过上金属屏蔽罩顶部的上气帽接口向金属屏蔽罩内注入柔性硅胶胶水进行固化，使柔性硅胶胶水密封微型压力传感器芯片和数字调理芯片，所述下金属屏蔽罩底部设置有下气帽接口，下金属屏蔽罩与电路板上的圆形通孔相连通，所述上气帽接口和下气帽接口均能够连接外部液体管道。

进一步地，所述电路板上设置有电源线接口、控制线接口、数据线接口和接地线接口，器件连接采用贴片连接或手工焊接，电路板的侧边设置有加固焊盘。

进一步地，所述电路板的电源线接口连接电源，为微型压力传感器芯片和数字调理芯片供电，数据线接口连接数据线将数字调理结果进行输出，接地线接口连接地线，进行接地。

根据本发明实施例的第二方面，公开了一种测量液位的数字压力传感器工作方法，所述方法为：

接通电源，通过电路板的电源线接口向微型压力传感器芯片和数字调理芯片进行供电；

通过上气帽接口或下气帽接口连接外部液体管道，当上气帽接口连接外部液体管道，液体进入上金属屏蔽罩，与固化后的柔性硅胶胶水相接触，通过柔性硅胶胶水将压力传递给微型压力传感器芯片的压力膜，下气帽接口作为参考接口；

当下气帽接口连接外部液体管道，液体进入下金属屏蔽罩，与微型压力传感器芯片的压力膜底部相接触，直接将压力传递给压力膜，上气帽接口作为参考接口；

微型压力传感器芯片通过惠斯通电桥对压力信号进行放大，在-25℃至125℃的范围内进行温度补偿，并将信号传送给数字调理芯片；

数字调理芯片内烧录的传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序对压力信号进行计算，直接输出单位为pa的压力值；

通过电路板上的数据线接口连接数据线，将数字调理芯片的计算结果进行输出，直接应用。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例公开了一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法，通过微型压力传感器芯片和数字调理芯片测量压力值计算出液位信息，微型压力传感器和数字调理芯片上的电路部分被柔性硅胶胶水密封，实现防水、防油，保护电路部分不会短路，在电路板上安装上金属屏蔽罩和下金属屏蔽罩，实现干扰信号的屏蔽，电路板上开设的圆形通孔能够微型压力传感器芯片处于相对气压平衡，不受外界大气压波动的影响，减小了误差，提升测量精准度，在考虑功耗、压力测量精度、动态液位的实时性，小尺寸设计不仅在生产制造中可以实现自动化生产，同时支持后段安装的简易性。极大提高了压力传感器前端生产效率和后端成品安装的兼容性，节省后端客户的开模费用，方便用户的更多形态应用设计，更加灵活的提供行业解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种测量液位的数字压力传感器的整体结构图；

图2为本发明实施例提供的一种测量液位的数字压力传感器的剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种测量液位的数字压力传感器的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种测量液位的数字压力传感器的底部结构图；

图5为本发明实施例提供的一种测量液位的数字压力传感器的电路连接图。

图中：1-微型压力传感器芯片、2-数字调理芯片、3-电路板、4-压力膜、5-放大器、6-震荡隔离器、7-模数转换器、8-存储器、9-定时器、10-上金属屏蔽罩、11-下金属屏蔽罩、12-圆形通孔、13-上气帽接口、14-下气帽接口。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种测量液位的数字压力传感器，所述测量液位的数字压力传感器包括：微型压力传感器芯片1、数字调理芯片2、电路板3和金属屏蔽罩，所述微型压力传感器和数字调理芯片2并排安装在电路板3上，所述金属屏蔽罩安装在电路板3的两端，金属屏蔽罩的端部设有气帽接口，电路板3上方的金属屏蔽罩内填充柔性硅胶胶水。

金属屏蔽罩包括上金属屏蔽罩10和下金属屏蔽罩11，所述上金属屏蔽罩10呈两端开口的圆筒状，上金属屏蔽罩10的底部通过胶水与电路板3连接，微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2位于上金属屏蔽罩10内。上金属屏蔽罩10顶部设置有上气帽接口13，通过上金属屏蔽罩10顶部的上气帽接口13向金属屏蔽罩内注入柔性硅胶胶水进行固化，使柔性硅胶胶水密封微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2，保证微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2上的电路部分被柔性硅胶胶水包围，实现防水。并且柔性硅胶胶水最为传感介质能够敏感的将外界压力传递至微型压力传感器，保证微型压力传感器的测量精度。

下金属屏蔽罩11通过胶水与电路板3连接，下金属屏蔽罩11的顶部开口对准电路板3上开设的圆形通孔12，下金属屏蔽罩11的底部设有开口所述下金属屏蔽罩11底部设置有下气帽接口14，下金属屏蔽罩11与电路板3上的圆形通孔12相连通，所述上气帽接口13和下气帽接口14均能够连接外部液体管道。

微型压力传感器芯片1包括压力膜4，所述压力膜4上表面集成有传感电路，压力膜4底部的电路板3上开设有圆形通孔12，电路板3背面为设置有电路部分，电路板3上的圆形通孔12保证压力膜4与外界大气压保持平衡，有效的过滤掉大气压力因潮汐的起落而上下波动的不稳定因素，两端的压力差在工厂调校的时候标定为零点。在应用时，不受外界大气压波动的影响，从而使测量时一端的压力相对于大气压力的时候始终是零位开始。从上气帽接口13通入液体，下气帽口与空气相通，作为参考接口，压力膜4向下凹曲，微型压力传感器包括惠斯通电桥，对信号进行初步放大处理，分析压力线性，微型压力传感器芯片1将压力值反馈至数字调理芯片2；

从下气帽接口14通入液体，上气帽口作为参考接口，压力膜4向上弯曲，微型压力传感器包括惠斯通电桥，对信号进行初步放大处理，分析压力线性，微型压力传感器芯片1将反向压力值反馈至数字调理芯片2。

数字调理芯片2与微型压力传感器芯片1连接，所述数字调理芯片2内集成有放大器5、震荡隔离器6、模数转换器7、存储器8和定时器9，数字调理芯片2内烧录有传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序，放大器5对压力信号进行放大，震荡隔离器6对干扰信号进行隔离，模数转换器7将模拟信号转换为数字信号，存储器8内储存传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序，最终输出计算结果，反馈测量压力值，获取压差，通过外部处理器计算换算成液位值。

电路板3上设置有电源线接口、控制线接口、数据线接口和接地线接口，器件连接采用贴片连接或手工焊接，电路板3的侧边设置有加固焊盘，电路板3的电源线接口连接电源，为微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2供电，数据线接口连接数据线将数字调理结果进行输出，接地线接口连接地线，进行接地，对电路进行保护，增强了干扰信号的屏蔽功能，扩大应用场景。

本申请公开的数字压力传感器生产流程为：

通过固晶机在电路板3上滴上呈圆形的固定胶，用吸取的方法将微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2并排贴附在胶水上方，然后进行高温固化；

利用金丝嵌合技术将型压力传感器芯片和数字调理芯片2进行电路连接；

用喷涂设备在电路板3上面的四周规则涂抹胶水，固定上金属屏蔽罩10，并进行高温固化；

利用点胶机，向固化好的上金属屏蔽罩10内注入柔性硅胶胶水，使柔性硅胶胶水略低于上金属屏蔽罩10的顶部边缘；

用喷涂设备在电路板3底面的四周规则涂抹胶水，固定下金属屏蔽罩11，并进行高温固化；

将固化好的整个电路板3进行切割分离，形成单颗产品，单颗产品装配自制托盘，进行高低温系数采集，并一一进行传感器调校工作，完成产品的封装及调校，进行最终产品性能测试。

本发明实施例公开的一种测量液位的数字压力传感器，通过微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2测量压力值计算出液位信息，微型压力传感器和数字调理芯片2上的电路部分被柔性硅胶胶水密封，实现防水、防油，保护电路部分不会短路，在电路板3上安装上金属屏蔽罩10和下金属屏蔽罩11，实现干扰信号的屏蔽，电路板3上开设的圆形通孔12能够微型压力传感器芯片1处于相对气压平衡，不受外界大气压波动的影响，减小了误差，提升测量精准度，在考虑功耗、压力测量精度、动态液位的实时性，小尺寸设计不仅在生产制造中可以实现自动化生产，同时支持后段安装的简易性。

实施例2

本实施例公开了一种测量液位的数字压力传感器工作方法，所述方法为：

接通电源，通过电路板3的电源线接口向微型压力传感器芯片1和数字调理芯片2进行供电；

通过上气帽接口13或下气帽接口14连接外部液体管道，当上气帽接口13连接外部液体管道，液体进入上金属屏蔽罩10，与固化后的柔性硅胶胶水相接触，通过柔性硅胶胶水将压力传递给微型压力传感器芯片1的压力膜4，下气帽接口14作为参考接口；

当下气帽接口14连接外部液体管道，液体进入下金属屏蔽罩11，与微型压力传感器芯片1的压力膜4底部相接触，直接将压力传递给压力膜4，上气帽接口13作为参考接口；

微型压力传感器芯片1通过惠斯通电桥对压力信号进行放大，在-25℃至125℃的范围内进行温度补偿，并将信号传送给数字调理芯片2；

数字调理芯片2内烧录的传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序对压力信号进行计算，直接输出单位为pa的压力值；

通过电路板3上的数据线接口连接数据线，将数字调理芯片2的计算结果进行输出，直接应用。

极大提高了压力传感器前端生产效率和后端成品安装的兼容性，节省后端客户的开模费用，方便用户的更多形态应用设计，更加灵活的提供行业解决方案。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述测量液位的数字压力传感器包括：微型压力传感器芯片、数字调理芯片、电路板和金属屏蔽罩，所述微型压力传感器和数字调理芯片并排安装在电路板上，所述金属屏蔽罩安装在电路板的两端，金属屏蔽罩的端部设有气帽接口，电路板上方的金属屏蔽罩内填充柔性硅胶胶水。

2.如权利要求1所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述微型压力传感器芯片包括压力膜，所述压力膜上表面集成有传感电路，压力膜底部的电路板上开设有圆形通孔。

3.如权利要求1所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述数字调理芯片与微型压力传感器芯片连接，所述数字调理芯片内集成有放大器、震荡隔离器、模数转换器、存储器和定时器，数字调理芯片内烧录有传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序。

4.如权利要求1所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述金属屏蔽罩包括上金属屏蔽罩和下金属屏蔽罩，所述上金属屏蔽罩呈两端开口的圆筒状，上金属屏蔽罩的底部通过胶水与电路板连接，微型压力传感器芯片和数字调理芯片位于上金属屏蔽罩内，所述下金属屏蔽罩通过胶水与电路板连接，下金属屏蔽罩的顶部开口对准电路板上开设的圆形通孔，下金属屏蔽罩的底部设有开口。

5.如权利要求4所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述上金属屏蔽罩顶部设置有上气帽接口，通过上金属屏蔽罩顶部的上气帽接口向金属屏蔽罩内注入柔性硅胶胶水进行固化，使柔性硅胶胶水密封微型压力传感器芯片和数字调理芯片，所述下金属屏蔽罩底部设置有下气帽接口，下金属屏蔽罩与电路板上的圆形通孔相连通，所述上气帽接口和下气帽接口均能够连接外部液体管道。

6.如权利要求1所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述电路板上设置有电源线接口、控制线接口、数据线接口和接地线接口，器件连接采用贴片连接或手工焊接，电路板的侧边设置有加固焊盘。

7.如权利要求6所述的一种测量液位的数字压力传感器，其特征在于，所述电路板的电源线接口连接电源，为微型压力传感器芯片和数字调理芯片供电，数据线接口连接数据线将数字调理结果进行输出，接地线接口连接地线，进行接地。

8.如权利要求1-7中任一所述的一种测量液位的数字压力传感器工作方法，其特征在于，所述方法为：

接通电源，通过电路板的电源线接口向微型压力传感器芯片和数字调理芯片进行供电；

通过上气帽接口或下气帽接口连接外部液体管道，当上气帽接口连接外部液体管道，液体进入上金属屏蔽罩，与固化后的柔性硅胶胶水相接触，通过柔性硅胶胶水将压力传递给微型压力传感器芯片的压力膜，下气帽接口作为参考接口；

当下气帽接口连接外部液体管道，液体进入下金属屏蔽罩，与微型压力传感器芯片的压力膜底部相接触，直接将压力传递给压力膜，上气帽接口作为参考接口；

微型压力传感器芯片通过惠斯通电桥对压力信号进行放大，在-25℃至125℃的范围内进行温度补偿，并将信号传送给数字调理芯片；

数字调理芯片内烧录的传感器线性、温度系数、压力灵敏度补偿系数计算程序对压力信号进行计算，直接输出单位为pa的压力值；

通过电路板上的数据线接口连接数据线，将数字调理芯片的计算结果进行输出，直接应用。

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