CN111551759A - 一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具 - Google Patents

Abstract

一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，涉及一种传感器性能测试技术，为了解决现有的风速传感器单元与其测试夹具通过引线连接而影响信号测量质量的问题。本发明的传感器单元设置在风道盖板与陶瓷基座形成的腔体内；陶瓷基座本体为阶梯状，第一平面设置在第二平面上；传感器单元与第一平面接触，风道盖板覆盖在传感器单元上；引出线条镶嵌在陶瓷基座本体上，同时引出线条由第一平面边缘处一直延伸至第二平面边缘处；引出线条所镶嵌的位置与传感器单元上多个焊盘的位置一一对应；凸起设置在陶瓷基座本体第一平面的上表面，并且凸起设置的位置与传感器单元上定位点的位置相对应。有益效果为避免了测试时由于测试引线造成的信号误差。

Description

一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具

技术领域

本发明涉及一种传感器性能测试技术。

背景技术

风速、风向是气象资料中非常重要的部分；人们的日常生活、工农业生产以及动植物的生长，都和自然界的风有很大的关系；风速、风向的研究在工业领域已经发展很久了，如应用于环境检测和控制系统。

作为测量风速、风向的传感器，其发展也经历了很长的历史；按照风速测量工作原理的不同，风速传感器可分为机械式、动压式、超声式和热膜式等；机械式风速传感器以风杯式为主，这种风速传感器体积大，可靠性较低，误差较大，且不适合高空气象探测；动压式风速传感器以皮托管为主，在测量微小风速时，误差较大；超声式风速传感器以超声波风速变送器为主，超声波风速变送器价格昂贵，性价比低；热膜式风速传感器具有灵敏度高、压损低、测量范围大、可用于极低气体流速检测的优点；因此，热膜式风速传感器具有广阔的应用前景，而在热膜式风速传感器的使用中，测试夹具经常被使用，但热膜式风速传感器的测试夹具在使用多次后，焊盘会由于焊接时的高温发生变形或脱落，很容易导致电性连接不好，同时，热膜式风速传感器单元和测试夹具多数采用引线固定或胶粘剂固定，采用引线固定或胶粘剂固定时，测试的时候容易受外界振动及气流扰动导致传感器单元歪斜或脱落，更重要的是，如图1所示，风速传感器单元与其测试夹具通过引线A1连接，引线A1的长度和焊接质量均会影响产品一致性，会给信号测量造成明显的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的风速传感器单元与其测试夹具通过引线连接而影响信号测量质量的问题，提出了一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具。

本发明所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，该测试夹具用于对传感器单元进行固定；

所述传感器单元的下表面边缘四周设有多个焊盘，并在传感器单元的下表面设有凹陷的定位点；传感器单元的上表面设置有加热器组件和阵列式测温组件；

该测试夹具包括风道盖板和陶瓷基座；

传感器单元设置在风道盖板与陶瓷基座形成的腔体内；

所述陶瓷基座包括陶瓷基座本体、引出线条和凸起；

陶瓷基座本体包括第一平面和第二平面，第一平面设置在第二平面的中心处，并且形成阶梯状结构；传感器单元的下表面与陶瓷基座本体第一平面的上表面接触，风道盖板覆盖在传感器单元的上表面；引出线条镶嵌在陶瓷基座本体的上表面，同时引出线条的一端位于第一平面边缘处，引出线条的另一端由第一平面侧壁一直延伸至第二平面边缘处；并且引出线条一端镶嵌在第一平面边缘处的位置与传感器单元上多个焊盘的位置一一对应；凸起设置在陶瓷基座本体第一平面的上表面，并且凸起设置的位置与传感器单元上定位点的位置相对应。

本发明的有益效果是通过凸起与定位点的配合使用，实现对传感器单元的固定；引出线条的一端能够实现与传感器单元良好的电性连接，引出线条的另一端便于对传感器单元进行测试，做到了测试全过程无引线外接外连，避免测试时由于测试引线造成的信号误差，同时本发明设计简单、生产成本低、可以多次重复使用。

附图说明

图1为背景技术中现有的测试夹具结构示意图，其中，A1为引线；

图2为具体实施方式一中传感器单元下表面的结构示意图；

图3为具体实施方式一所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具装配传感单元后的爆炸结构示意图；

图4为具体实施方式一中陶瓷基座的结构示意图；

图5为具体实施方式一中传感器单元1固定在陶瓷基座上以后的结构示意图；

图6为具体实施方式四中风道盖板的立体结构示意图；

图7为具体实施方式四中风道盖板的正面结构示意图；

图8为具体实施方式四中风道盖板的侧面结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，该测试夹具用于对传感器单元1进行固定；

所述传感器单元1的下表面边缘四周设有多个焊盘101，并在传感器单元1的下表面设有凹陷的定位点102；传感器单元1的上表面设置有加热器组件和阵列式测温组件；

该测试夹具包括风道盖板2和陶瓷基座3；

传感器单元1设置在风道盖板2与陶瓷基座3形成的腔体内；

所述陶瓷基座3包括陶瓷基座本体301、引出线条302和凸起303；

陶瓷基座本体301包括第一平面和第二平面，第一平面设置在第二平面的中心处，并且形成阶梯状结构；传感器单元1的下表面与陶瓷基座本体301第一平面的上表面接触，风道盖板2覆盖在传感器单元1的上表面；引出线条302镶嵌在陶瓷基座本体301的上表面，同时引出线条302的一端位于第一平面边缘处，引出线条302的另一端由第一平面侧壁一直延伸至第二平面边缘处；并且引出线条302一端镶嵌在第一平面边缘处的位置与传感器单元1上多个焊盘101的位置一一对应；凸起303设置在陶瓷基座本体301第一平面的上表面，并且凸起303设置的位置与传感器单元1上定位点102的位置相对应。

在本实施方式中，引出线条302一端所镶嵌在第一边缘处的位置与传感器单元1上多个焊盘101的位置一一对应，用于实现引出线条302的一端与传感器单元良好的电性连接，设置在陶瓷基座本体301第一平面上表面的凸起303与传感器单元1上定位点102的位置相对应用于实现陶瓷基座本体301对传感器单元1的固定；在本实施方式中，传感器单元1上焊盘101的数量为18个，焊盘101引线采用陶瓷共烧结工艺(HTCC)制备方法，具体制备方法如下：使用打孔机在传感器单元1上制作过孔，采用丝网印刷技术利用铂浆料、银浆料、金浆料等导电金属浆料其中一种对传感器单元1上的过孔进行填孔，并在传感器单元1下表面印刷18条焊盘101引线，在温度为800℃～1450℃的条件下对传感器单元1进行高温烧结，保温15分钟，完成传感器单元1下表面焊盘101的制备；上述铂浆料型号为5574、金浆料型号为8835-1D、银浆料型号为9921；引出线条302一共18根，包括测温电阻引线16根和加热器引线2根；第一平面的尺寸与传感器单元1的尺寸相匹配，通过陶瓷基座本体301阶梯状布置，使引线线条302和传感器单元1有一个垂直高度差，不仅有效避免引线线条302过于靠近待测传感器单元1对测试结果地影响，而且可以避免由于陶瓷基座本体301过大造成其所做成的材料发生浪费。

在本实施方式中，凸起303的形状可以根据实际需要订制，例如：圆柱体或长方体；凸起303的高度也可以根据传感器单元1的尺寸厚度订制；为了传感器单元1能够精准定位且固定牢固，凸起303的数量可以根据实际工艺需求是1个、2个、3个、4个……n个，n为正整数，凸起303的位置排布也可以是对角排布、环形排布等任何可以设计的排布方式。

在本实施方式中，所述传感器单元1与测试夹具的装配方式，通过在传感器单元1也就是传感器单元1下表面，利用激光打孔方式至少钻一个孔深0.2mm～0.5mm、孔直径0.5mm～1mm的盲孔，即定位点102；并且该定位点102与凸起303位置相对应，便于确定传感器单元的正确装配位置，使第一平面和传感器单元1严格对齐，同时起到固定作用；对第二平面上的引出线条302进行信号测试，确定信号输出是否正常。

在本实施方式中，该测试夹具最终以陶瓷基座3，传感器单元1，风道盖板2的装配顺序进行组装使用；涉及的制备方法包括陶瓷共烧结工艺技术(HTCC)，干粉热压成型技术，印刷及点胶技术等工艺方法；通过陶瓷基座3和陶瓷风道盖板2的使用，提高了测试夹具的强度、避免了外界信号的干扰、降低了使用成本；陶瓷基座3的引出线条302和传感器单元1下表面引出焊盘101的应用，避免引出线长度及焊接工艺的差异对信号输出的影响；陶瓷基座3固定凸起303与传感器单元1下表面固定位点102的使用，使传感器单元1和该测试夹具的装配连接更牢固，且拆装简易，使用方便，可以重复多次使用，避免了引线连接固定和焊接固定方式，导致的传感器单元1固定不牢固的问题。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具进一步限定，在本实施方式中，陶瓷基座3和风道盖板2的分别采用陶瓷材料制成，并且采用的制成工艺技术为干粉热压成型；

所述陶瓷材料为氧化锆、氧化铝或氮化铝陶瓷；并且陶瓷基座本体301第二平面的形状为：圆形、正方形、椭圆形、长方形或菱形。

在本实施方式中，陶瓷基座3和风道盖板2的分别采用陶瓷材料制成在于保证陶瓷基座3和风道盖板2的机械强度；该陶瓷基座3及风道盖板2分别采用干粉热压成型方法制作，通过陶瓷磨床和抛光机进行精密尺寸加工，原材料为氧化锆、氧化铝或氮化铝等陶瓷材料，陶瓷材料具有机械强度高、易加工、绝缘性、环境适应性强的特点，与现有的测试夹具集电路板材料相比具有明显的优点。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具进一步限定，在本实施方式中，引出线条302和焊盘101分别采用导电金属材料制成，所述导电金属材料为Pt、Au、Ag或Cu，并且采用的镶嵌工艺技术为陶瓷共烧结工艺。

在本实施方式中，引出线条302的制成工艺技术采用精密点胶以及热处理工艺手段制备；

具体实施方式四：结合图6至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具进一步限定，在本实施方式中，风道盖板2上设置有多个方向的通风管道，通风管道内壁光滑平整。

在本实施方式中，风道盖板2采用干粉热压成型方法制作，通过陶瓷磨床和抛光机进行精密尺寸加工，通风管道采用精密研抛机打磨，保证表面平整度；风道盖板2原材料为氧化锆、氧化铝或氮化铝等陶瓷材料。

风道盖板2设置有4个方向的贯通管道，用于不同方向风速的测量，其中管道开孔尺寸，开口方向可以根据不同型号传感器单元1中测试元件的排布进行对应更改，达到适用多种风速传感器组件和复杂测试环境测试的目的。

Claims (4)

1.一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，该测试夹具用于对传感器单元(1)进行固定；

所述传感器单元(1)的下表面边缘四周设有多个焊盘(101)，并在传感器单元(1)的下表面设有凹陷的定位点(102)；传感器单元(1)的上表面设置有加热器组件和阵列式测温组件；

其特征在于，该测试夹具包括风道盖板(2)和陶瓷基座(3)；

传感器单元(1)设置在风道盖板(2)与陶瓷基座(3)形成的腔体内；

所述陶瓷基座(3)包括陶瓷基座本体(301)、引出线条(302)和凸起(303)；

陶瓷基座本体(301)包括第一平面和第二平面，第一平面设置在第二平面的中心处，并且形成阶梯状结构；传感器单元(1)的下表面与陶瓷基座本体(301)第一平面的上表面接触，风道盖板(2)覆盖在传感器单元(1)的上表面；引出线条(302)镶嵌在陶瓷基座本体(301)的上表面，同时引出线条(302)的一端位于第一平面边缘处，引出线条(302)的另一端由第一平面侧壁一直延伸至第二平面边缘处；并且引出线条(302)一端镶嵌在第一平面边缘处的位置与传感器单元(1)上多个焊盘(101)的位置一一对应；凸起(303)设置在陶瓷基座本体(301)第一平面的上表面，并且凸起(303)设置的位置与传感器单元(1)上定位点(102)的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，其特征在于，陶瓷基座(3)和风道盖板(2)的分别采用陶瓷材料制成，并且采用的制成工艺技术为干粉热压成型；

所述陶瓷材料为氧化锆、氧化铝或氮化铝陶瓷；并且陶瓷基座本体(301)第二平面的形状为：圆形、正方形、椭圆形、长方形或菱形。

3.根据权利要求1所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，其特征在于，引出线条(302)和焊盘(101)分别采用导电金属材料制成，所述导电金属材料为Pt、Au、Ag或Cu，并且采用的镶嵌工艺技术为陶瓷共烧结工艺。

4.根据权利要求1所述的一种用于热膜式风速传感器单元的测试夹具，其特征在于，风道盖板(2)上设置有多个方向的通风管道，通风管道内壁光滑平整。

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