CN113899493A - 应用于超低温环境的压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种应用于超低温环境的压力传感器，属于压力检测装置的封装技术领域，包括：基座；检测组件，至少部分检测组件与基座对接安装，以对目标物进行检测；壳体组件，与基座连接，且套设在检测组件的外侧；其中，壳体组件包括隔温件及设置在隔温件外侧的金属外壳，隔温件用以将金属外壳的温度延缓传递至检测组件。通过上述方式，可在低温环境下减缓低温对于检测组件的冲击，从而提升压力传感器的低温可靠性和使用寿命；隔温件的材料具有极低的热导率从而明显增加压力传感器处于低温时温度自外界环境传递至隔温件内部的时间，同时使得隔温件在超低温环境中，仍然能够保持较好的机械性能。

Description

应用于超低温环境的压力传感器

【技术领域】

本申请涉及一种应用于超低温环境的压力传感器，属于压力检测装置的封装技术领域。

【背景技术】

在超低温环境中的压力传感器能够稳定工作的关键技术之一是封装技术，传统的封装方法采用不锈钢壳体对传感器的电路板及芯体进行保护，可以起到防水、防腐蚀、抗振动等作用。

但是，压力传感器应用于超低温环境时，当环境温度由室温快速降低到超低温或者从超低温快速上升到室温时，不锈钢壳体高热导率能够将环境温度迅速的传递到传感器内部，内部温度在极短的时间从常温降低到超低温或从超低温上升到常温，温度骤变冲击给调理电路板带来难以预计的可靠性问题，使得压力传感器在超低温环境中失效的主要原因之一为调理电路板失效。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

本申请的目的在于提供一种应用于超低温环境的压力传感器，其能够提高低温可靠性及使用寿命，方便快捷。

本申请的目的是通过以下技术方案实现：一种应用于超低温环境的压力传感器，包括：

基座；

检测组件，至少部分所述检测组件与所述基座对接安装，以对目标物进行检测；

壳体组件，与所述基座连接，且套设在所述检测组件的外侧；

其中，所述壳体组件包括隔温件及设置在所述隔温件外侧的金属外壳，所述隔温件用以将所述金属外壳的温度延缓传递至所述检测组件。

在其中一个实施例中，所述隔温件的材料为聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺。

在其中一个实施例中，所述基座具有通孔，所述检测组件包括与所述基座连接且与所述通孔连通的检测芯体、与所述检测芯体连接的电路板构件、及连接所述检测芯体和所述电路板构件、并将部分所述电路板构件与外部器件连接的连接导体；

所述隔温件具有容置腔，所述电路板构件及至少部分所述连接导体设置在所述容置腔内。

在其中一个实施例中，所述容置腔内真空设置。

在其中一个实施例中，所述电路板构件包括调理电路板，所述隔温件还包括隔温体，所述隔温体贴靠所述调理电路板设置，且位于所述调理电路板远离所述基座的一侧。

在其中一个实施例中，所述连接导体与所述隔温件连接处设置有第一密封件。

在其中一个实施例中，所述隔温件包括至少两个连接的安装体，每个所述安装体上设置有连接腔体，相邻两个所述连接腔体之间连通以形成所述容置腔。

在其中一个实施例中，至少两个所述安装体中的一个上设置有凹槽，另一个设置有与所述凹槽卡合的凸块；和/或，至少两个所述安装体之间螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述应用于超低温环境的压力传感器还包括设置在每相邻两个所述安装体之间的第二密封件。

在其中一个实施例中，所述第二密封件为胶体；

每个所述安装体具有对接面，所述胶体涂覆于所述对接面上。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：通过在金属外壳和检测组件设置有隔温件，该隔温件能够将金属外壳的温度延缓传递至检测组件，可在低温环境下减缓低温对于检测组件的冲击，从而提升压力传感器的低温可靠性和使用寿命；

隔温件的材料为聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺，其具有极低的热导率从而明显增加压力传感器处于低温时温度自外界环境传递至隔温件内部的时间，同时使得隔温件在超低温环境中，仍然能够保持较好的机械性能。

【附图说明】

图1是本申请的应用于超低温环境的压力传感器的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1所示，本申请的一较佳实施例中的一种应用于超低温环境的压力传感器，可应用于水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等技术领域，本申请不对应用于超低温环境的压力传感器的应用领域做具体限定。

应用于超低温环境的压力传感器包括基座1、至少部分与基座1对接安装的检测组件2、及与基座1连接且套设在检测组件2的外侧的壳体组件3，基座1与目标物对接。在本实施例中，基座1上设置有螺纹，与目标物螺纹连接以实现安装。在其他实施例中，基座1与目标物的安装方式也可通过插接、卡合等方式，在此不做具体限定。

基座1上设置有通孔，压力介质通过通孔传递至检测组件2，进而获得检测数据。基座1的材质为不锈钢，其具有极强的刚性和耐腐蚀性，从而可以应用于各种环境中。

为了方便基座1与检测组件2对接安装，基座1上还设置有定位件11，该定位件11上设置有连通孔，该连通孔与基座1上的通孔连通设置，以将压力介质传递至检测组件2。

具体的，检测组件2包括与基座1连接且与通孔连通的检测芯体21、与检测芯体21连接的电路板构件22及与电路板构件22连接的连接导体23。在本实施例中，该检测芯体21为压力敏感芯体，其测得的检测数据精准且快速。而连接导体23可以为金属插针，亦可以为连接导线。在本实施例中，以连接导体23为金属插针做具体说明。

检测芯体21还设置有对接腔，该对接腔与定位件11对接安装，进而实现检测芯体21与基座1的安装。即，该检测芯体21通过连通孔与通孔连通。当检测芯体21与基座1安装后，定位件11正好被容置在对接腔内，且定位件11的连通孔与对接腔连通。此时，压力介质传递至检测芯体21，检测芯体21通过电路板构件22和金属插针23传递至外部器件，方便快捷。并且，检测芯体21与基座1之间通过焊接实现连接，以加强检测芯体21与基座1连接的稳固性。在其他实施例中，检测芯体21和基座1的连接方式也可为其他，例如通过紧固件连接等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

电路板构件22包括与检测芯体21连接的接线板221及与接线板221通过金属插针23连接的调理电路板222，该调理电路板222用以将模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号，故，调理电路板222在应用于超低温环境的压力传感器整体中显得尤为重要。

壳体组件3包括金属外壳31，该金属外壳31的材质为不锈钢。现有技术中，当压力传感器的应用环境温度由室温快速降低至超低温环境时(-100℃以下)，不锈钢的高热导率能够将低温迅速传递并和环境温度保持一致，靠近不锈钢壳体附近的空气中的水分遇冷吸热降温发生液化或凝华，而不锈钢壳体内的其他位置的空气发生对流交换，导致将低温快速传递至调理电路板222，进而使得调理电路板222失效，造成压力传感器整体失效。

为了防止这种现象的发生，以使得压力传感器能够在温度骤变(室温变换至超低温)时依旧保持有效，本申请中的壳体组件3还包括隔温件32，金属外壳31设置在隔温件32的外侧。即，在本实施例中，隔温件32设置在金属外壳31和检测组件2之间，用以将金属外壳31的温度延缓传递至检测组件2，从而能够延长低温传递至检测组件2的时间。

为了进一步保证调理电路板222在低温环境下工作的可靠性及压力传感器的使用寿命，在本实施例中，隔温件32的材料为聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺。聚酰亚胺/聚酰胺-酰亚胺热导率仅为0.2W/m〃K-0.3W/m〃K，采用聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺塑料结构件将压力传感器的调理电路板222和外界环境隔绝。当环境温度由室温快速降低到超低温或由超低温快速上升到室温，相对于不锈钢，聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺极低的热导率可明显增加低温从外界环境传递到塑料结构件内部的时间，从而减缓低温的冲击。

并且，聚酰亚胺长期使用温度范围为-200℃～300℃，聚酰胺-酰亚胺长期使用温度范围为-195℃～230℃，在超低温环境中，仍能保持较好的机械性能，不会脆裂。

同时，聚酰亚胺/聚酰胺-酰亚胺的热膨胀系数和金属的热膨胀系数相差较小，差值在1.0-2.0×10^-5/℃，两者之间由于温度变化产的热应力小，长期可靠性高。

隔温件32具有容置腔323，电路板构件22设置在容置腔323内。为了提升压力传感器的低温可靠性及使用寿命，容置腔323内真空设置。这样设置的目的在于：真空设置可以极大的减少发生空气对流，进而增加低温从隔温件32传递至调理电路板222的时间，再次减缓低温的冲击。在本实施例中，该真空设置的定义为：该容置腔323内的气压保持在1Pa以下。

呈上述，电路板构件22包括接线板221和调理电路板222，两者之间通过金属插针23连接。而调理电路板222与外部器件对接以将信号传递也通过金属插针23，即，接线板221和调理电路板222之间通过金属插针23连接后，调理电路板222再通过另外的金属插针23与外部器件连接。故，在本实施例中，至少部分金属插针23设置在容置腔323内，且金属插针23的一端穿过隔温件32设置。为了保证容置腔323内的真空度，金属插针23与隔温件32连接处设置有第一密封件。

具体的，隔温件32上设置有孔洞，金属插针23远离基座1的一端穿过该孔洞设置，第一密封件设置在该孔洞处。并且，为了保证该第一密封件在低温内保持有效，在本实施例中，第一密封件为低温胶，其涂覆简单且密封有效。在其他实施例中，该第一密封件也可为其他，例如硅胶密封圈等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

该隔温件32可以为一体成型的整体，亦或者包括至少两个连接的安装体321。当隔温件32一体成型时，其生产工艺简单且无需进行组装；当隔温件32包括至少两个连接的安装体321时，其将检测组件2设置在其内的容置腔323较为方便。

以隔温件32包括至少两个连接的安装体321为例，每个安装体321上设置有连接腔体，相邻两个连接腔体之间连通以形成容置腔323。至少两个安装体321中的一个上设置有凹槽，另一个设置有与凹槽卡合的凸块，凹槽与凸块卡合以使得相邻两个安装体321之间安装。亦或者，至少两个安装体321之间螺纹连接。亦或者，至少两个安装体321不仅设置有凹槽和凸块以卡合连接，同时设置有螺纹以实现螺纹连接。亦或者，至少两个安装体321之间也可通过紧固件实现连接，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

应用于超低温环境的压力传感器还包括设置在每相邻两个安装体321之间的第二密封件。在本实施例中，第二密封件为胶体，具体同第一密封件一致，为低温胶。每个安装体321具有对接面，胶体涂覆于对接面上。

在本实施例中，安装体321的个数设置有3个，为了以示区分，自靠近基座1的一端向远离基座1的一端依次连接的安装体321分别被称为第一安装体324、第二安装体325、及第三安装体326。其中，第一安装体324与基座1的接触面于基座1的轴线方向(箭头a所示)上的对接面采用螺纹固定，于与所述轴线垂直的方向(箭头b所示)上的对接面设置有第二密封件。

并且，第一安装体324远离基座1的一侧设置有凹槽，接线板221放置在该凹槽内，且接线板221与检测芯体21之间通过金属线连接。

第二安装体325靠近第一安装体324的一侧设置有凸起，该凸起与凹槽卡合。同样的，第一结构件和第二结构件于基座1的轴线方向(箭头a所示)上的对接面采用螺纹固定，于与所述轴线垂直的方向(箭头b所示)上的对接面设置有第二密封件。

或者，第二安装体325靠近第一安装体324的一侧设置有凹槽，第一安装体324靠近第二安装体325的一侧设置有凸起，该凸起与凹槽卡合。亦或者，第二安装体325和第一安装体324之间也可不设置有凸起、凹槽及螺纹，直接采用第二密封件进行连接皆可，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

第二安装体325远离第一安装体324的一侧设置有凹槽，调理电路板222设置在该凹槽内。隔温件32还包括隔温体322，该隔温体322设置在凹槽内，以使得隔温体322贴靠调理电路板222设置，且位于调理电路板222远离基座1的一侧，进一步减缓外部温度传递至调理电路板222的速度。

第三安装体326上设置有与第二安装体325对接的凸起，孔洞设置在第三安装体326上，以使得金属插针23穿过。

综上所述：通过在金属外壳31和检测组件2设置有隔温件32，该隔温件32能够将金属外壳31的温度延缓传递至检测组件2，可在低温环境下减缓低温对于检测组件2的冲击，从而提升压力传感器的低温可靠性和使用寿命；

隔温件32的材料为聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺热，其具有极低的热导率从而明显增加压力传感器处于低温时温度自外界环境传递至隔温件32内部的时间，同时使得隔温件32在超低温环境中，仍然能够保持较好的机械性能。

上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，包括：

基座；

检测组件，至少部分所述检测组件与所述基座对接安装，以对目标物进行检测；

壳体组件，与所述基座连接，且套设在所述检测组件的外侧；

其中，所述壳体组件包括隔温件及设置在所述隔温件外侧的金属外壳，所述隔温件用以将所述金属外壳的温度延缓传递至所述检测组件。

2.如权利要求1所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述隔温件的材料为聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺。

3.如权利要求1所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述基座具有通孔，所述检测组件包括与所述基座连接且与所述通孔连通的检测芯体、与所述检测芯体连接的电路板构件、及与所述电路板构件连接的连接导体；

所述隔温件具有容置腔，所述电路板构件及至少部分所述连接导体设置在所述容置腔内。

4.如权利要求3所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述容置腔内真空设置。

5.如权利要求4所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述电路板构件包括调理电路板，所述隔温件还包括隔温体，所述隔温体贴靠所述调理电路板设置，且位于所述调理电路板远离所述基座的一侧。

6.如权利要求3所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述连接导体与所述隔温件连接处设置有第一密封件。

7.如权利要求1所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述隔温件包括至少两个连接的安装体，每个所述安装体上设置有连接腔体，相邻两个所述连接腔体之间连通以形成所述容置腔。

8.如权利要求7所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，至少两个所述安装体中的一个上设置有凹槽，另一个设置有与所述凹槽卡合的凸块；和/或，至少两个所述安装体之间螺纹连接。

9.如权利要求8所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述应用于超低温环境的压力传感器还包括设置在每相邻两个所述安装体之间的第二密封件。

10.如权利要求9所述的应用于超低温环境的压力传感器，其特征在于，所述第二密封件为胶体；

每个所述安装体具有对接面，所述胶体涂覆于所述对接面上。

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