CN112345158A - 一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，包括高静压单晶硅差压传感器，该高静压单晶硅差压传感器包括烧结底座、烧结连接头和设置在烧结底座内部的单晶硅差压传感器芯片，其还包括第一低压油腔至第六低压油腔以及第一高压油腔至第六高压油腔，该差压传感方法通过设置在低压基座和高压基座之间的中心隔离膜片并结合第一低压油腔至第六低压油腔和第一高压油腔至第六高压油腔设置的传感方法，避免了单晶硅差压传感器芯片受到破坏，具有高过载性能，另外还具有高、低压油腔油量平衡、输出稳定、高静压和高精度等优点。

Description

一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法

技术领域

本发明属于传感测量技术领域，具体涉及一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法。

背景技术

差压传感器在仪器仪表行业主要用作测量单元，可以检测现场工况的压力值。目前常用的差压传感器存在高压油腔和低压油腔不平衡，导致传感器静压不稳定，高压油腔和低压油腔设计不合理，导致传感器过载能力、输出稳定性、精度等性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，以解决常用的差压传感器存在过载能力、输出稳定性、精度等性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其中,所述高静压单晶硅差压传感器包括烧结底座、烧结连接头和设置在烧结底座内部的单晶硅差压传感器芯片，所述烧结底座通过烧结连接头连接有低压基座和高压基座，所述低压基座和高压基座的一侧分别设置有低压端膜片和高压端膜片，所述低压基座和高压基座之间设有中心隔离膜片；所述低压基座分别设有第一低压油腔、第二低压油腔和第六低压油腔；所述高压基座内设置有第一高压油腔、第二高压油腔和与第一高压油腔相连通的第六高压油腔；所述第一低压油腔一端与低压端膜片相接触，其另一端连通第六低压油腔一端和第二低压油腔一端；所述烧结连接头内还设置有第四低压油腔和与第四低压油腔连通的第五低压油腔，所述烧结连接头的一侧设置有与第二低压油腔和第四低压油腔连通的第三低压油腔，所述第二高压油腔一端均与第一高压油腔和第六高压油腔相连通，所述第一高压油腔一端与高压端膜片相触，所述第六低压油腔另一端以及所述第六高压油腔一端分别与中心隔离膜片相接触；所述烧结连接头上设置有第三高压油腔和与第三高压油腔连接的第四高压油腔，所述第五低压油腔和第四高压油腔分别延伸至单晶硅差压传感器芯片的负压面和正压面；所述第一低压油腔至第六低压油腔以及第一高压油腔至第六高压油腔内均填充有真空硅油，所述高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法包括如下：

往高压端膜片施加常规压力时，高压端膜片推动真空硅油分别流进第一高压油腔、第二高压油腔、第三高压油腔至第四高压油腔，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片的正压面，使单晶硅差压传感器芯片产生正压信号；

往高压端膜片施加过载压力时，高压端膜片推动真空硅油，将一部分真空硅油压力流进第一高压油腔、第二高压油腔、第三高压油腔至第四高压油腔，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片正压面，使单晶硅差压传感器芯片产生正压信号，其余部分真空硅油的过载压力分别流进第一高压油腔、第六高压油腔，推动中心隔离膜片向低压基座发生形变，中心隔离膜片推动真空硅油分别流进第六低压油腔、第二低压油腔、第三低压油腔、第四低压油腔至第五低压油腔，流入单晶硅差压传感器芯片的负压面；

往低压端膜片施加常规压力时，低压端膜片推动真空硅油依次流进第一低压油腔、第二低压油腔、第三低压油腔、第四低压油腔至第五低压油腔，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片的负压面，使单晶硅差压传感器芯片产生负压信号；

往低压端膜片施加过载压力时，低压端膜片推动真空硅油，将一部分真空硅油的压力依次流进第一低压油腔、第二低压油腔、第三低压油腔、第四低压油腔至第五低压油腔，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片负压面，使单晶硅差压传感器芯片产生负压信号，另一部分的真空硅油过载压力依次流进低压油腔第一低压油腔、第六低压油腔，推动中心隔离膜片向高压基座发生形变，中心隔离膜片推动真空硅油依次流进第六高压油腔、第二高压油腔、第三高压油腔至第四高压油腔，流入单晶硅差压传感器芯片的正压面。

进一步优选方案,所述烧结底座的内部粘贴所述的单晶硅差压传感器芯片并通过金丝绑定，所述单晶硅差压传感器芯片通过金丝与烧结底座的引脚电性连接。

进一步的，所述烧结底座的外表面还固定有螺纹连接头，所述烧结底座和烧结连接头均设置在所述螺纹连接头内，所述烧结底座和烧结连接头并与螺纹连接头之间形成所述第三低压油腔；所述螺纹连接头的底部分别与低压基座和高压基座焊接，且所述螺纹连接头的顶部焊接有螺纹接头。

进一步的，所述烧结连接头的顶部还设置有与第四高压油腔连通的第五高压油腔,所述烧结底座的顶部通过钎焊固定有所述低压导油管和高压导油管，所述低压导油管与所述第五低压油腔相连通，所述高压导油管与所述第五高压油腔相连通。

进一步的，所述烧结底座底部与烧结连接头的顶部焊接成一体式结构，所述低压基座和高压基座以中心隔离膜片为对称轴对称设置，所述低压基座、中心隔离膜片、高压基座焊接成一体式结构，所述烧结连接头的底部与低压基座和高压基座通过曲面焊接固定。

进一步的，所述低压导油管、所述第五低压油腔设置在所述烧结底座的中心轴位置；所述高压导油管设置在所述低压导油管的一侧。

进一步的，所述烧结连接头与所述烧结底座的外径相等，所述烧结连接头的中心轴心位置处设置所述的第四高压油腔。

进一步的，在所述烧结连接头底部与高压基座之间设置有所述第三高压油腔，所述第二高压油腔通过第三高压油腔与所述第四高压油腔相互连通。

进一步的，所述第四高压油腔、第五低压油腔、低压导油管以及中心隔离膜片均为同轴心设置。

进一步的，所述第六低压油腔的长度为第六高压油腔的长度的1-3倍。

本发明的技术效果和优点：该高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法通过设置采用左右平衡结构焊接的低压基座和高压基座，以及设置在低压基座和高压基座之间的中心隔离膜片并结合第一低压油腔至第六低压油腔和第一高压油腔至第六高压油腔设置的传感方法，避免了单晶硅差压传感器芯片受到破坏，具有高过载性能，另外还具有高、低压油腔油量平衡、输出稳定、高静压和高精度等优点。

附图说明

图1为本发明竖直方向的剖视图。

图中：1、烧结底座；2、金丝；3、单晶硅差压传感器芯片；4、烧结连接头；5、螺纹连接头；6、低压基座；7、低压端膜片；8、高压基座；9、高压端膜片；10、中心隔离膜片；11、螺纹接头；H1、第一高压油腔；H2、第二高压油腔；H3、第三高压油腔；H4、第四高压油腔；H5、第五高压油腔；H6、第六高压油腔；L1、第一低压油腔；L2、第二低压油腔；L3、第三低压油腔；L4、第四低压油腔；L5、第五低压油腔；L6、第六低压油腔； L：低压导油管；H：高压导油管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1所述，本实施例的高静压单晶硅差压传感器包括烧结底座1、烧结连接头4和设置在烧结底座1内部的单晶硅差压传感器芯片3，所述烧结底座1通过烧结连接头4连接有低压基座6和高压基座8，所述低压基座6和高压基座8的一侧分别设置有低压端膜片7和高压端膜片9，所述低压基座6和高压基座8之间设有中心隔离膜片10；所述低压基座6分别设有第一低压油腔L1、第二低压油腔L2和第六低压油腔L6；所述高压基座8内设置有第一高压油腔H1、第二高压油腔H2和与第一高压油腔H1相连通的第六高压油腔H6；所述第一低压油腔L1一端与低压端膜片7相接触，其另一端连通第六低压油腔L6一端和第二低压油腔L2一端；所述烧结连接头4内还设置有第四低压油腔L4和与第四低压油腔L4连通的第五低压油腔L5，所述烧结连接头4的一侧设置有与第二低压油腔L2和第四低压油腔L4连通的第三低压油腔L3，所述第二高压油腔H2一端均与第一高压油腔H1和第六高压油腔H6相连通，所述第一高压油腔H1一端与高压端膜片9相触，所述第六低压油腔L6另一端以及所述第六高压油腔H6一端分别与中心隔离膜片10相接触；所述烧结连接头4上设置有第三高压油腔H3和与第三高压油腔H3连接的第四高压油腔H4，所述第五低压油腔L5和第四高压油腔H4分别延伸至单晶硅差压传感器芯片3的负压面和正压面。

本实施例中，第一低压油腔L1至第六低压油腔L6以及第一高压油腔H1至第六高压油腔H6内均填充有真空硅油，方便真空硅油通过第一低压油腔L1-第六低压油腔L6和第一高压油腔H1-第六高压油腔H6将压力施加到单晶硅差压传感器芯片3的负压面和正压面。所述烧结底座1的顶部通过钎焊固定有低压导油管L和高压导油管H，可以保证导油管的高耐压性和高密封性，同时钎焊工艺操作较为简单。所述烧结底座1的内部粘贴所述的单晶硅差压传感器芯片3并通过金丝2绑定，所述单晶硅差压传感器芯片3通过金丝2与烧结底座1的引脚电性连接，通过金丝将芯片信号引到烧结底座1引脚上，方便后期信号测量。

值得一提的是，所述烧结连接头（4）的顶部还设置有与第四高压油腔（H4）连通的第五高压油腔（H5）,烧结底座1的顶部是通过钎焊固定有所述低压导油管L和高压导油管H，所述低压导油管L与所述第五低压油腔L5相连通，所述高压导油管H与所述第五高压油腔H5相连通，所述烧结连接头4的中心轴心位置处设置所述的第四高压油腔H4；在所述烧结连接头4底部与高压基座8之间设置有所述第三高压油腔H3，所述第二高压油腔H2通过第三高压油腔H3与所述第四高压油腔H4相互连通。所述烧结底座1底部与烧结连接头4的顶部焊接成一体式结构，所述烧结连接头4的底部与低压基座6和高压基座8通过曲面焊接固定，工艺简单，密封性好。所述低压基座6和高压基座8采用左右平衡结构焊接，所述低压基座6和高压基座8以中心隔离膜片10为对称轴对称设置，所述低压基座6、中心隔离膜片10、高压基座8焊接成一体式结构，高压基座8与低压基座6通过焊接中心隔离膜片10隔开，从而保证高压、低压两侧油腔相同，以达到高静压性能。

此外，烧结底座1的外表面还固定有螺纹连接头5，所述烧结底座1和烧结连接头4均设置在所述螺纹连接头5内，所述烧结底座1和烧结连接头4并与螺纹连接头5之间形成所述第三低压油腔L3；所述螺纹连接头5的底部分别与低压基座6和高压基座8焊接，且所述螺纹连接头5的顶部焊接有螺纹接头11。

本发明的高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法包括如下：

往高压端膜片9施加常规压力时，高压端膜片9推动真空硅油依次流进第一高压油腔H1至第四高压油腔H4即第一高压油腔H1→第二高压油腔H2→第三高压油腔H3→第四高压油腔H4，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片3正压面，使单晶硅差压传感器芯片3产生正压信号；

往高压端膜片9施加过载压力时，高压端膜片9推动真空硅油，将一部分真空硅油压力依次流进第一高压油腔H1至第四高压油腔H4即第一高压油腔H1→第二高压油腔H2→第三高压油腔H3→第四高压油腔H4，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片3正压面，使单晶硅差压传感器芯片3产生正压信号，其余部分真空硅油的过载压力分别流进第一高压油腔H1、第六高压油腔H6即第一高压油腔H1→第六高压油腔H6，推动中心隔离膜片10向低压基座6发生形变，中心隔离膜片10推动真空硅油依次流进第六低压油腔L6→第二低压油腔L2→第三低压油腔L3→第四低压油腔L4→第五低压油腔L5，流入单晶硅差压传感器芯片3的负压面，避免单晶硅差压传感器芯片3受到过载压力破坏。

往低压端膜片7施加常规压力时，低压端膜片7推动真空硅油依次流进第一低压油腔L1至第五低压油腔L5即第一低压油腔L1→第二低压油腔L2→第三低压油腔L3→第四低压油腔L4→第五低压油腔L5，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片3的负压面，使单晶硅差压传感器芯片3产生负压信号；

往低压端膜片7施加过载压力时，低压端膜片7推动真空硅油，将一部分真空硅油的压力依次流进第一低压油腔L1至第五低压油腔L5即第一低压油腔L1→第二低压油腔L2→第三低压油腔L3→第四低压油腔L4→第五低压油腔L5，将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片3负压面，使单晶硅差压传感器芯片3产生负压信号，另一部分的真空硅油过载压力依次流进第一低压油腔L1、第六低压油腔L6即第一低压油腔L1→第六低压油腔L6，推动中心隔离膜片10向高压基座8发生形变，中心隔离膜片10推动真空硅油依次流进第六高压油腔H6→第二高压油腔H2→第三高压油腔H3→第四高压油腔H4，流入单晶硅差压传感器芯片3的正压面，避免单晶硅差压传感器芯片3受到过载压力破坏。

此外，上述常规压力为测试设定压力值；过载压力为超出测试设定压力值的1-2倍；所述低压导油管L、所述第五低压油腔L5设置在所述烧结底座1的中心轴位置；所述高压导油管H设置在所述低压导油管L的一侧。所述烧结连接头4与所述烧结底座1的外径相等，所述第四高压油腔H4、第五低压油腔L5、低压导油管L以及中心隔离膜片10均为同轴心设置；所述第六低压油腔L6的长度为第六高压油腔H6的长度的1-3倍。

基于上述，本发明的该高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法通过设置采用左右平衡结构焊接的低压基座和高压基座，以及设置在低压基座和高压基座之间的中心隔离膜片并结合第一低压油腔至第六低压油腔和第一高压油腔至第六高压油腔设置的传感方法，避免了单晶硅差压传感器芯片受到破坏，具有高过载性能，大大增加了使用寿命，并实现高精度测量，另外还具有高、低压油腔油量平衡、输出稳定、高静压和高精度等优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述高静压单晶硅差压传感器包括烧结底座（1）、烧结连接头（4）和设置在烧结底座（1）内部的单晶硅差压传感器芯片（3），所述烧结底座（1）通过烧结连接头（4）连接有低压基座（6）和高压基座（8），所述低压基座（6）和高压基座（8）的一侧分别设置有低压端膜片（7）和高压端膜片（9），所述低压基座（6）和高压基座（8）之间设有中心隔离膜片（10）；所述低压基座（6）分别设有第一低压油腔（L1）、第二低压油腔（L2）和第六低压油腔（L6）；所述高压基座（8）内设置有第一高压油腔（H1）、第二高压油腔（H2）和与第一高压油腔（H1）相连通的第六高压油腔（H6）；所述第一低压油腔（L1）一端与低压端膜片（7）相接触，其另一端连通第六低压油腔（L6）一端和第二低压油腔（L2）一端；所述烧结连接头（4）内还设置有第四低压油腔（L4）和与第四低压油腔（L4）连通的第五低压油腔（L5），所述烧结连接头（4）的一侧设置有与第二低压油腔（L2）和第四低压油腔（L4）连通的第三低压油腔（L3），所述第二高压油腔（H2）一端均与第一高压油腔（H1）和第六高压油腔（H6）相连通，所述第一高压油腔（H1）一端与高压端膜片（9）相触，所述第六低压油腔（L6）另一端以及所述第六高压油腔（H6）一端分别与中心隔离膜片（10）相接触；所述烧结连接头（4）上设置有第三高压油腔（H3）和与第三高压油腔（H3）连接的第四高压油腔（H4），所述第五低压油腔（L5）和第四高压油腔（H4）分别延伸至单晶硅差压传感器芯片（3）的负压面和正压面；所述第一低压油腔（L1）至第六低压油腔（L6）以及第一高压油腔（H1）至第六高压油腔（H6）内均填充有真空硅油，所述高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法包括如下：

往高压端膜片（9）施加常规压力时，高压端膜片（9）推动真空硅油分别流进第一高压油腔（H1）、第二高压油腔（H2）、第三高压油腔（H3）、第四高压油腔（H4），将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片（3）的正压面，使单晶硅差压传感器芯片（3）产生正压信号；

往高压端膜片（9）施加过载压力时，高压端膜片（9）推动真空硅油，将一部分真空硅油压力流进第一高压油腔（H1）、第二高压油腔（H2）、第三高压油腔（H3）、第四高压油腔（H4），将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片（3）正压面，使单晶硅差压传感器芯片（3）产生正压信号，其余部分真空硅油的过载压力分别流进第一高压油腔（H1）、第六高压油腔（H6），推动中心隔离膜片（10）向低压基座（6）发生形变，中心隔离膜片（10）推动真空硅油分别流进第六低压油腔（L6）、第二低压油腔（L2）、第三低压油腔（L3）、第四低压油腔（L4）至第五低压油腔（L5），流入单晶硅差压传感器芯片（3）的负压面；

往低压端膜片（7）施加常规压力时，低压端膜片（7）推动真空硅油依次流进第一低压油腔（L1）、第二低压油腔（L2）、第三低压油腔（L3）、第四低压油腔（L4）至第五低压油腔（L5），将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片（3）的负压面，使单晶硅差压传感器芯片（3）产生负压信号；

往低压端膜片（7）施加过载压力时，低压端膜片（7）推动真空硅油，将一部分真空硅油的压力依次流进第一低压油腔（L1）、第二低压油腔（L2）、第三低压油腔（L3）、第四低压油腔（L4）至第五低压油腔（L5），将感测到的压力施加到单晶硅差压传感器芯片（3）负压面，使单晶硅差压传感器芯片（3）产生负压信号，另一部分的真空硅油过载压力依次流进低压油腔第一低压油腔（L1）、第六低压油腔（L6），推动中心隔离膜片（10）向高压基座（8）发生形变，中心隔离膜片（10）推动真空硅油依次流进第六高压油腔（H6）、第二高压油腔（H2）、第三高压油腔（H3）至第四高压油腔（H4），流入单晶硅差压传感器芯片（3）的正压面。

2.根据权利要求1所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述烧结底座（1）的内部粘贴所述的单晶硅差压传感器芯片（3）并通过金丝（2）绑定，所述单晶硅差压传感器芯片（3）通过金丝（2）与烧结底座（1）的引脚电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述烧结底座（1）的外表面还固定有螺纹连接头（5），所述烧结底座（1）和烧结连接头（4）均设置在所述螺纹连接头（5）内，所述螺纹连接头（5）的底部分别与低压基座（6）和高压基座（8）焊接，且所述螺纹连接头（5）的顶部焊接有螺纹接头（11）。

4.根据权利要求1所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述烧结连接头（4）的顶部还设置有与第四高压油腔（H4）连通的第五高压油腔（H5）,所述烧结底座（1）的顶部通过钎焊固定有低压导油管（L）和高压导油管（H），所述低压导油管（L）与所述第五低压油腔（L5）相连通，所述高压导油管（H）与第五高压油腔（H5）相连通。

5.根据权利要求1所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述烧结底座（1）底部与烧结连接头（4）的顶部焊接成一体式结构，所述低压基座（6）和高压基座（8）以中心隔离膜片（10）为对称轴对称设置，所述低压基座（6）、中心隔离膜片（10）、高压基座（8）焊接成一体式结构，所述烧结连接头（4）的底部与低压基座（6）和高压基座（8）通过曲面焊接固定。

6.根据权利要求4所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述低压导油管（L）、所述第五低压油腔（L5）设置在所述烧结底座（1）的中心轴位置；所述高压导油管（H）设置在所述低压导油管（L）的一侧。

7.根据权利要求5所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述烧结连接头（4）与所述烧结底座（1）的外径相等，所述烧结连接头（4）的中心轴心位置处设置第四高压油腔（H4）。

8.根据权利要求5所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：在所述烧结连接头（4）底部与高压基座（8）之间设置有所述第三高压油腔（H3），所述第二高压油腔（H2）通过第三高压油腔（H3）与所述第四高压油腔（H4）相互连通。

9.根据权利要求6所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述第四高压油腔（H4）、第五低压油腔（L5）、低压导油管（L）以及中心隔离膜片（10）均为同轴心设置。

10.根据权利要求1所述的一种高静压单晶硅差压传感器的差压传感方法，其特征在于：所述第六低压油腔（L6）的长度为第六高压油腔（H6）的长度的1-3倍。

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