CN111487006A - 基于应力隔离结构的微差压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于应力隔离结构的微差压传感器，属于传感器技术领域。微差压传感器包括底座、感压组件、引压件以及传压管，其中，所述感压组件设置在所述底座沿其厚度方向的一侧；所述引压件的第一端与所述感压组件的正压侧连通，所述引压件的第二端用于与第一待测介质相连；所述传压管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述传压管的第二端用于与第二待测介质相连，并且，所述传压管上设置有至少一个第一应力释放部，所述第一应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。通过传压管上设置的第一应力释放部可以避免装配应力，以使微差压传感器的温漂小，温度特性稳定，温度范围宽、介质适应性强、精度高。

Description

基于应力隔离结构的微差压传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于应力隔离结构的微差压传感器。

背景技术

压差传感器是工业领域中，测量气体或液体的压力差的常用工具。当前，市场上用于测量小量程微差压传感器，多以塑料封装型式制作，主要应用于民用工业领域测量，测量温度范围窄，测量介质主要以无腐蚀干燥气体介质。另外，由于微差压传感器测量的压力较小，在安装使用过程中的装配应力影响较大，对测量数据产生偏差，导致仪表在使用过程中出现误差。

因此，亟需开发一种可以减少装配应力影响，且精度高、介质适应性强的微差压传感器。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于应力隔离结构的微差压传感器。

本发明提供一种基于应力隔离结构的微差压传感器，包括底座、感压组件、引压件以及传压管，其中，

所述感压组件设置在所述底座沿其厚度方向的一侧；

所述引压件的第一端与所述感压组件的正压侧连通，所述引压件的第二端用于与第一待测介质相连；

所述传压管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述传压管的第二端用于与第二待测介质相连，并且，

所述传压管上设置有至少一个第一应力释放部，所述第一应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。

可选的，所述传压管包括第一传压子管、第二传压子管以及第三传压子管；其中，

所述第一传压子管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述第一传压子管的第二端与所述第二传压子管的第一端相连；

所述第三传压子管的第一端与所述第二传压子管的第二端相连，所述第三传压子管的第二端用于与所述第二待测介质相连；并且，

所述第二传压子管的轴线与所述第一传压子管和所述第三传压子管的两者的轴线均不共线，所述第二传压子管形成所述第一应力释放部。

可选的，所述第二传压子管位于所述传压管的中部区域处。

可选的，所述第二传压子管的外轮廓呈弧形、半圆形、半椭圆形、三角形和四边形中的任意一者。

可选的，在所述第二传压子管的外轮廓呈半圆形时，所述半圆形的外径尺寸范围为0.6mm～1.0mm，所述半圆形的内径尺寸范围为0.2mm～0.5mm。

可选的，所述底座与所述传压管相连的一侧设置有至少一个第二应力释放部，所述第二应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。

可选的，在所述底座上自其与所述传压管相连的一侧向远离该侧的方向设置有至少一个台阶，所述台阶形成所述第二应力释放部。

可选的，所述感压组件包括感压芯片、感压膜片以及感压硅油；其中，

所述感压芯片设置在所述底座中，所述感压膜片设置在所述引压件与所述底座之间，所述感压硅油填充在所述感压膜片与所述感压芯片之间。

可选的，所述感压组件还包括多个引脚与多根引线，所述多个引脚穿设在所述底座中，并分设在所述感压芯片两侧；其中，

各所述引脚的第一端穿过所述底座至所述感压硅油中，并通过对应的引线与所述感压芯片连接，各所述引脚的第二端延伸至所述底座的外部。

可选的，还包括多个绝缘套筒，所述多个绝缘套筒均设置在所述底座中，以容置对应的所述引脚。

本发明提供的基于应力隔离结构的微差压传感器，其包括底座、感压组件、引压件以及传压管，其中，感压组件设置在所述底座沿其厚度方向的一侧；所述引压件的第一端与所述感压组件的正压侧连通，所述引压件的第二端用于与第一待测介质相连；所述传压管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述传压管的第二端用于与第二待测介质相连，并且，所述传压管上设置有至少一个第一应力释放部，所述第一应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。这样，通过传压管上设置的第一应力释放部可以避免装配应力，以降低测量数据偏差，使得基于应力隔离结构的微差压传感器测量温度范围宽、介质适应性强、精度高。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于应力隔离结构的微差压传感器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供基于应力隔离结构的微差压传感器100，包括底座110、感压组件120、引压件130以及传压管140。其中，感压组件120设置在底座110沿其厚度方向的一侧；引压件130的第一端与感压组件120的正压侧连通，引压件130的第二端用于与第一待测介质相连；传压管140的第一端穿过底座110至与感压组件120的负压侧连通，传压管140的第二端用于与第二待测介质相连，并且，传压管140上设置有至少一个第一应力释放部，第一应力释放部能够释放传压管140与底座110连接处的连接应力。

具体地，在实际使用时，如图1所示，本实施例中的引压件130的第一端与感压组件120正压侧连通，相应的，引压件130的第二端通过焊接形成正压端131，以对第一待测介质检测第一压力。同样的，传压管140的第一端与感压组120件的负压侧连通，相应的，其第二端通过焊接形成负压端144，以对第二待测介质检测第二压力。这样，感压组件120在检测到第一压力和第二压力时，可以输出第一压力和第二压力的压差信号。

本实施例的基于应力隔离结构的微差压传感器，通过在传压管上设置至少一个第一应力释放部，以释放上述传压管与底座连接处的连接应力，该第一应力释放部在传压管与底座装配时起到防护作用，避免由于在传压管与底座之间产生过大的装配应力而影响检测性能，同时提高了微差压传感器的检测准确度。

需要说明的是，对于在传压管上所设置的第一应力释放部的具体数量并没有作出限定，例如，可以在传压管上设置两个、三个或以上的第一应力释放部，具体可以根据实际需要确定，本实施例并不具体限制。此外，对于第一应力释放部的具体结构并没有作出限定，例如，可以在传压管上设置向外凸出的一些轮廓，或者，也可以在传压管与底座相连的位置处采用圆角过渡等等，具体可以根据实际需要确定。

具体地，如图1所示，传压管140包括第一传压子管141、第二传压子管142以及第三传压子管143。其中，第一传压子管141的第一端穿过底座110至与感压组件120的负压侧连通，第一传压子管141的第二端与第二传压子管142的第一端相连。第三传压子管143的第一端与第二传压子管142的第二端相连，第三传压子管143的第二端用于与第二待测介质相连。并且，第二传压子管142的轴线与第一传压子管141和第三传压子管143的两者的轴线均不共线，第二传压子管142形成第一应力释放部。也就是说，本实施例中的传压管140由三个传压子管构成，其中，第三传压子管143用于与第二待测介质连接，以检测相应的第二压力，第一传压子管141用于与感压组件120连接，以将第二压力信号传递至感压组件120，而第二传压子管142起到桥梁的连接作用，将第三传压子管143检测到的第二压力传输至第一传压子管141，同时，还起到释放应力的作用，即可以释放装配过程中底座与传压管连接处的应力，以避免应力集中产生较大的检测误差，提高检测准确度。

需要说明的是，本实施例在传压管上设置了一个第一应力释放部，以释放上述传压管与底座连接处的连接应力，该第一应力释放部在传压管与底座装配时起到防护作用。当然，在传压管上也可以设置多个应力释放部，以达到在微差压传感器装配过程中释放装配应力的目的，对于本领域普通技术人员来说，可以根据不同需求设置适当数目的第一应力释放部，对此不作具体限定。

进一步需要说明的是，对于第一应力释放部的具体结构并没有作出限定，第一应力释放部可以根据微差压传感器内部结构采取相应的结构形式，例如，本实施例设置的第一应力释放部，即第二传压子管的外轮廓可以呈弧形、半圆形、半椭圆形、三角形和四边形中的任意一者。也就是说，第二传压子管可以设置成不同形状，只要能起到释放底座与传压管连接处的应力即可，对于第二传压子管的形状不作具体限定。

示例性的，如图1所示，本实施例中的第二传压子管142位于传压管140的中部区域处，并且本实施例将第二传压子管142设置成半圆形结构，进一步地，在第二传压子管142的外轮廓呈半圆形时，半圆形的外径尺寸范围为0.6mm～1.0mm，半圆形内径尺寸范围为0.2mm～0.5mm，也就是说，本实实施例中第二传压子管142的外径与内径之间的比值范围由1.2∶1至5∶1。这样，在底座与传压管装配时，引入第一应力释放结构，使该区域的装配应力下降，从而降低微差压传感器的检测误差。

具体的，当第一传压子管142的外轮廓呈半圆形时，本实施将半圆形的外径尺寸设置为8mm，内径尺寸设置为4mm，也就是说，将半圆形的第一传压子管外径与内径比设定为2∶1，该尺寸设计使毛细管直径达到最小值，结合实际焊接可实现工艺和可靠强度连接，使检测精度进一步提高。

可选的，为了进一步降低底座与传压管连接处的装配应力，本实施例的微差压传感器中还设置有第二应力释放部，即底座110与传压管140相连的一侧还设置有至少一个第二应力释放部，第二应力释放部能够释放传压管140与底座110连接处的连接应力。具体地，如图1所示，在底座110上自其与传压管140相连的一侧向远离该侧的方向设置有至少一个台阶111，该台阶111形成第二应力释放部，当然，对于该第二应力释放部的结构及具体数量不作具体限定，可以在底座上设置两个、三个或者以上的第二应力释放部，也可以将其设置成除台阶之外的其他结构的第二应力释放部，对于本领域技术人员来说，可以根据实际情况进行具体设置。

示例性的，如图1所示，本实施例中设置了两个台阶111，即两级加工台阶111，并且，第一传压子管141的第一端穿过该两级加工台阶111至与感压组件120的负压侧连接，并且，本实施例是通过钎焊的方式将第一传压子管141部分焊接在两级加工台阶111中，这样，通过设置的两级加工台阶111可以进一步降低底座与第一传压子管连接处的应力影响。

具体地，如图1所示，感压组件120包括感压芯片121、感压膜片122以及感压硅油123。其中，感压芯片121设置在底座110中，感压膜片122设置在引压件130与底座110之间，同时，感压硅油123填充在感压膜片122与感压芯片121之间，由于感压硅油的膨胀系数低，与感压芯片以及感压膜片之间的热膨胀系数接近，避免产生热应力，以使本实施例的微差压传感器温漂小，温度特性稳定。

需要说明的是，本实施例中的感压膜片采用不锈钢感压膜片，介于引压件与底座之间，起到隔离待测介质的作用，并同时具有保护感压芯片的作用，另外，底座也采用不锈钢底座，这样，感压膜片、引压件以及底座三者之间采用金属焊接的方式固定。

应当理解的是，感压组件120除了包括感压芯片121、感压膜片122以及感压硅油123之外，还包括压力信号传输部件，例如，多个引脚124、多根引线125以及多个绝缘套筒126，其中，多个引脚124穿设在底座110中，并分设在感压芯片121两侧。其中，各引脚124的第一端穿过底座110至感压硅油123中，并通过对应的引线125与感压芯片121连接，各引脚124的第二端延伸至底座110的外部，并且，多个绝缘套筒126均设置在底座110中，以容置对应的引脚124。

需要说明的是，在各引脚的第一端穿过底座至感压硅油中的位置处还设置有钢珠，各钢珠与各引脚均匀分布，可以起到防堵硅油的作用，增加密封性。

进一步需要说明的是，将上述各引脚连接起来的引线可以采用金丝引线，以及用于容置各引脚的绝缘套筒也可采用电子绝缘玻璃套筒，即各引脚通过电子绝缘玻璃烧结的方式固定在底座上。当然，上述的连接引线也可以采用铜丝引线或者其他引线，绝缘套筒也可以采用其他材质的绝缘套筒，只要能实现上述功能即可，对此不作具体限定。

基于上述示例，本实施例的基于应力隔离结构的微差压传感器利用芯片惠斯顿电桥压阻效应，即材料的电阻率随外加压力变化而改变的原理制成的，工作时，正负压力端口施加不同压力通过感压膜片、内部密封的感压硅油传递到感压芯片上，感压芯片不直接接触被测介质，形成压力测量差值。具体地，本实施例中通过引压件的正压端检测第一待测介质中的第一压力，传压管的负压端检测第二待测介质中的第二压力，并且，第一压力通过引压件传输至感压膜片，再通过感压硅油作用到感压芯片上，同时，第二压力由传压管传输至感压芯片，当第一压力与第二压力不一致时，致使感压芯片产生位移，其位移量与压力差成正比，进而转换成与压力成正比的信号，再由各引脚将该信号输出至电路系统。

本发明提供的基于应力隔离结构的微差压传感器，其包括底座、感压组件、引压件以及传压管，其中，感压组件设置在底座沿其厚度方向的一侧；引压件的第一端与感压组件的正压侧连通，引压件的第二端用于与第一待测介质相连；传压管的第一端穿过底座至与感压组件的负压侧连通，传压管的第二端用于与第二待测介质相连，并且，传压管上设置有至少一个第一应力释放部，第一应力释放部能够释放传压管与底座连接处的连接应力。另外，本发明在传压管与感压组件之间还设置至少一个台阶，以形成第二应力释放部，进一步的释放传压管与底座连接处的应力，这样，可以在装配过程中避免产生装配应力，以降低测量数据偏差，提高检测准确度，以使本发明提供的基于应力隔离结构的微差压传感器温漂小，温度特性稳定，测量温度范围宽、介质适应性强。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于应力隔离结构的微差压传感器，其特征在于，包括底座、感压组件、引压件以及传压管，其中，

所述感压组件设置在所述底座沿其厚度方向的一侧；

所述引压件的第一端与所述感压组件的正压侧连通，所述引压件的第二端用于与第一待测介质相连；

所述传压管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述传压管的第二端用于与第二待测介质相连，并且，

所述传压管上设置有至少一个第一应力释放部，所述第一应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。

2.根据权利要求1所述的微差压传感器，其特征在于，所述传压管包括第一传压子管、第二传压子管以及第三传压子管；其中，

所述第一传压子管的第一端穿过所述底座至与所述感压组件的负压侧连通，所述第一传压子管的第二端与所述第二传压子管的第一端相连；

所述第三传压子管的第一端与所述第二传压子管的第二端相连，所述第三传压子管的第二端用于与所述第二待测介质相连；并且，

所述第二传压子管的轴线与所述第一传压子管和所述第三传压子管的两者的轴线均不共线，所述第二传压子管形成所述第一应力释放部。

3.根据权利要求2所述的微差压传感器，其特征在于，所述第二传压子管位于所述传压管的中部区域处。

4.根据权利要求2所述的微差压传感器，其特征在于，所述第二传压子管的外轮廓呈弧形、半圆形、半椭圆形、三角形和四边形中的任意一者。

5.根据权利要求4所述的微差压传感器，其特征在于，在所述第二传压子管的外轮廓呈半圆形时，所述半圆形的外径尺寸范围为0.6mm～1.0mm，所述半圆形的内径尺寸范围为0.2mm～0.5mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的微差压传感器，其特征在于，所述底座与所述传压管相连的一侧设置有至少一个第二应力释放部，所述第二应力释放部能够释放所述传压管与所述底座连接处的连接应力。

7.根据权利要求6所述的微差压传感器，其特征在于，在所述底座上自其与所述传压管相连的一侧向远离该侧的方向设置有至少一个台阶，所述台阶形成所述第二应力释放部。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的微差压传感器，其特征在于，所述感压组件包括感压芯片、感压膜片以及感压硅油；其中，

所述感压芯片设置在所述底座中，所述感压膜片设置在所述引压件与所述底座之间，所述感压硅油填充在所述感压膜片与所述感压芯片之间。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的微差压传感器，其特征在于，所述感压组件还包括多个引脚与多根引线，所述多个引脚穿设在所述底座中，并分设在所述感压芯片两侧；其中，

各所述引脚的第一端穿过所述底座至所述感压硅油中，并通过对应的引线与所述感压芯片连接，各所述引脚的第二端延伸至所述底座的外部。

10.根据权利要求9所述的微差压传感器，其特征在于，还包括多个绝缘套筒，所述多个绝缘套筒均设置在所述底座中，以容置对应的所述引脚。

Images