CN110926662B - 一种薄膜式电容传感器 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜式电容传感器，包括陶瓷定电极、定电极连接环、外壳、外壳上盖、压紧环、调节环和膜片动电极，其中：陶瓷定电极作为电容极板，与膜片动电极组成可变电容，用于检测和输出被测环境压力变化；定电极连接环用于连接陶瓷定电极和薄膜式电容传感器的外壳；外壳位于传感器的最外侧，起到支持作用；外壳上盖焊接到外壳上，用于密封薄膜式电容传感器和压紧定电极连接环；压紧环用于压紧定电极连接环，防止陶瓷定电极滑动；调节环用于作为膜片动电极与陶瓷定电极之间的电容间距；膜片动电极作为电容极板，和陶瓷定电极组成可变电容，当外界压力变化时，膜片受力变形，导致其于陶瓷定电极间距发生变化，从而产生电容变化。

Description

一种薄膜式电容传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种防沉积匀气环。
背景技术
电容式压力传感器通常使用金属膜片做成的动电极和以陶瓷等绝缘材料为基底的定电极构成。金属动电极与陶瓷定电极间隔有固定的电极结构，以便建立电容。目前常用的电容式传感器都是通过压簧接触式的固定在电容器外壳上，但是由于陶瓷的热膨胀系数一般在6×10-6至8×10-6m/℃，而金属的热膨胀系数11×10-6至15×10-6m/℃。因此，加热或冷却电容式传感器组件可以在组件内产生内应力，从而影响几何形状尤其是金属膜片与陶瓷定电极之间的距离。机械应力在加热或冷却过程中会在一定范围内累积，当应力足够大时，电极和壳体会相对运动以释放应力。这种运动的被称为“粘滑”或“机械滞后”。这些粘滑运动影响几何结构，并可能对电容传感器总成的精度产生不利影响，重复性较差，也无法预测和补偿。因此，需要设计一种改进电极结构的薄膜式电容传感器，能够在较低压力下改善电极间隙控制，防止温漂等机械迟滞，从而提高压力传感器在较低压力下的测量能力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种薄膜式电容传感器，以解决金属动电极和陶瓷定电极压紧式接触，热膨胀系数不同导致温度漂移，从而影响金属膜片与陶瓷定电极之间距离的问题。
(二)技术方案
一种薄膜式电容传感器，包括陶瓷定电极(3)、定电极连接环(2)、外壳上盖(5)、压紧环(6)、调节环(7)、膜片动电极(8)和外壳(1)，其中：
陶瓷定电极(3)，作为电容极板，与膜片动电极(8)组成可变电容，用于检测和输出被测环境压力变化；
定电极连接环(2)，用于连接陶瓷定电极(3)和薄膜式电容传感器的外壳(1)，其中，所述定电极连接环(2)有一圈环形槽，所述环形槽的槽壁梁的宽和厚的比大于2∶1，用于在所述薄膜式电容传感器的温度变化时产生柔性形变，以避免温飘导致的机械迟滞；
外壳(1)，位于传感器的最外侧，起到支持作用；
外壳上盖(5)，焊接到外壳(1)上，用于密封薄膜式电容传感器和压紧定电极连接环(2)；
压紧环(6)，用于压紧定电极连接环(2)，防止陶瓷定电极(3)滑动；
调节环(7)，用于作为膜片动电极(8)与陶瓷定电极(3)之间的电容间距；
膜片动电极(8)，作为电容极板，和陶瓷定电极(3)组成可变电容，当外界压力变化时，膜片受力变形，导致其于陶瓷定电极(3)间距发生变化，从而产生电容变化。
上述方案中，陶瓷定电极(3)和所述定电极连接环(2)通过钎焊或者固相扩散的方式相连接。
上述方案中，定电极连接环(2)、膜片动电极(8)和调节环(7)采用低膨胀合金材料制成其中，低膨胀合金材料为GH3600。
上述方案中，压紧环(6)为弹性结构。
(三)有益效果
1、本发明提供的薄膜式电容传感器，陶瓷定电极与定电极连接环通过钎焊或者固相扩散的方式连接为一体结构，有效避免陶瓷与金属热膨胀系数不同导致的温漂。
2、本发明提供的薄膜式电容传感器，定电极连接环有一圈环形槽，变成柔性梁连接方式，其弹性形变可以有效的避免温漂带来的机械迟滞，从而提高传感器的可靠性。
3、本发明提供的薄膜式电容传感器，定电极连接环、膜片动电极和调节环为同质材料，两者之间为低膨胀合金，可以通过调节低膨胀合金厚度实现电容距离的调节。
附图说明
图1是依照本发明实施例的薄膜式电容传感器结构示意图；
图2是依照本发明实施例的电容式压力传感器俯视图；
图3是依照本发明实施例的电容式压力传感器侧视图；
图4是依照本发明实施例的陶瓷与金属连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的薄膜式电容传感器结构示意图，该薄膜式电容传感器包括陶瓷定电极3、定电极连接环2、外壳上盖5、压紧环6、调节环7、膜片动电极8和外壳1，其中：
陶瓷定电极3，作为电容极板，和膜片组成可变电容，用于检测和输出被测环境压力变化。
定电极连接环2，作为媒介，用于连接陶瓷定电极3和外壳1。
外壳上盖5，焊接到外壳上，用于密封传感器和压紧定电极连接环2。
压紧环6，为弹性结构，用于压紧定电极连接环2，防止陶瓷定电极3滑动；
调节环7，用于作为金属动电极与陶瓷定电极3之间的电容间距。
膜片动电极8，作为电容极板，和定电极组成可变电容，当外界压力变化时，膜片受力变形，导致其于陶瓷定电极3司距发生变化，从而产生电容变化。
外壳1，位于传感器的最外侧，起到支持作用。
具体的，如图4所示，该陶瓷定电极3与外壳1同质的定电极连接环2通过钎焊或者固相扩散的方式连接到一起。图2和图3分别是依照本发明实施例的电容式压力传感器俯视图和侧视图。在本发明实施例的薄膜式电容传感器中的外壳1的底部为抽口法兰4。
定电极连接环2有一圈环形槽，环形槽的槽壁梁的宽和厚的比大于2：1，温度变化时，陶瓷与金属连接热膨胀系数不同，环形槽的槽壁梁产生柔性形变弥补由于热膨胀不同引起的机械迟滞。
定电极连接环2、膜片动电极8和调节环7材质相同，采用低膨胀合金材料制成，如GH3600。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种薄膜式电容传感器，其特征在于，包括陶瓷定电极(3)、定电极连接环(2)、外壳上盖(5)、压紧环(6)、调节环(7)、膜片动电极(8)和外壳(1)，其中：
陶瓷定电极(3)，作为电容极板，与膜片动电极(8)组成可变电容，用于检测和输出被测环境压力变化；
定电极连接环(2)，用于连接陶瓷定电极(3)和薄膜式电容传感器的外壳(1)，其中，所述定电极连接环(2)有一圈环形槽，所述环形槽的槽壁梁的宽和厚的比大于2∶1，用于在所述薄膜式电容传感器的温度变化时产生柔性形变，以避免温飘导致的机械迟滞；
外壳上盖(5)，焊接到外壳(1)上，用于密封薄膜式电容传感器和压紧定电极连接环(2)；
压紧环(6)，用于压紧定电极连接环(2)，防止陶瓷定电极(3)滑动；
调节环(7)，用于作为膜片动电极(8)与陶瓷定电极(3)之间的电容间距；
膜片动电极(8)，作为电容极板，和陶瓷定电极(3)组成可变电容，当外界压力变化时，膜片受力变形，导致其于陶瓷定电极(3)间距发生变化，从而产生电容变化；
外壳(1)，位于传感器的最外侧，起到支持作用；
其中，所述定电极连接环(2)、膜片动电极(8)和调节环(7)的材质相同；
所述陶瓷定电极(3)和所述定电极连接环(2)通过钎焊或者固相扩散的方式相连接。
2.根据权利要求1所述的薄膜式电容传感器，其特征在于，所述定电极连接环(2)、膜片动电极(8)和调节环(7)采用低膨胀合金材料制成。
3.根据权利要求2所述的薄膜式电容传感器，其特征在于，所述低膨胀合金材料为GH3600。
4.根据权利要求1所述的薄膜式电容传感器，其特征在于，所述压紧环(6)为弹性结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6105436A (en) * 1999-07-23 2000-08-22 Mks Instruments, Inc. Capacitive pressure transducer with improved electrode support
TWI568999B (zh) * 2011-09-29 2017-02-01 Ｍｋｓ公司 具有改良的電極結構之電容式壓力感測器
CN102944352B (zh) * 2012-11-12 2014-05-28 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 可增强电极板稳定性的电容薄膜式压力传感器
DE102015108950A1 (de) * 2015-06-08 2016-12-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor mit einer Aktivhartlötung
CN106644187A (zh) * 2016-10-14 2017-05-10 沈阳市传感技术研究所 蓝宝石绝缘体定电极的电容压力传感器

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