CN114323363A - 一种电容式真空压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请属于压力传感器技术领域，公开了一种电容式真空压力传感器，包括具有容置腔的壳体，还包括感压膜片及固定电极，感压膜片与固定电极均为圆筒形状，感压膜片设置在容置腔内，感压膜片的两端分别连接容置腔的顶部和底部，感压膜片将容置腔分为测量腔及参考腔，固定电极设置在参考腔内，固定电极与感压膜片组成可变电容器。本申请的电容式真空压力传感器将感压膜片和固定电极均设计为圆筒形状，与现有技术中同等体积的电容薄膜真空计相比，基础电容值得到增大，有效提高了电容式真空压力传感器的灵敏度和精度，降低了电容信号的处理难度。

Description

一种电容式真空压力传感器

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，特别涉及一种电容式真空压力传感器。

背景技术

电容式薄膜真空计是一种直接测量式的、全压型的真空计，现有电容式薄膜真空计的感应膜片02和感应电极03一般是平行设置在外壳01内，如图1所示，但是，此种电容式薄膜真空计的感应膜片02和感应电极03形成的平行板电容器传感组件电容值很小，为皮法级，因此压力变化引起的电容变化也很小，增加了电容信号的处理难度，影响电容薄膜真空计的精度和灵敏度。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种电容式真空压力传感器，能够使得基础电容值得到增大，从而提高电容薄膜真空计的精度和灵敏度。

本申请提供一种电容式真空压力传感器，包括具有容置腔的壳体，还包括感压膜片及固定电极；所述感压膜片及所述固定电极均为圆筒形状；所述感压膜片设置在所述容置腔内，所述感压膜片的两端分别连接所述容置腔的顶部和底部，所述感压膜片将所述容置腔分为测量腔及参考腔；所述固定电极设置在所述参考腔内，所述固定电极与所述感压膜片组成可变电容器。

本申请提供的电容式真空压力传感器将感压膜片和固定电极均设计为圆筒形状，使得电容式真空压力传感器与同等体积的电容薄膜真空计相比，基础电容值得到增大，从而提高了电容式真空压力传感器的灵敏度和精度。

进一步地，上述固定电极包括导电区域及不导电区域，所述导电区域与所述感压膜片对应，所述不导电区域位于所述导电区域的两端。

本申请通过将固定电极的导电区域与感压膜片对应，使得固定电极的导电区域在感压膜片受压变形前和受压变形后始终保持与感压膜片平行，从而提高了电容式真空压力传感器的线性度。

进一步地，上述固定电极的一端或两端通过弹性件抵接所述壳体的内侧壁。

本申请通过在固定电极的一端或两端设置弹性件，使得固定电极在热膨胀情况下，弹性件起到一定缓冲作用，避免固定电极损坏。

进一步地，上述壳体内设有内板，所述内板与所述壳体的内侧壁连接；所述感压膜片的一端连接所述容置腔的顶部，所述感压膜片的另一端连接所述内板。

进一步地，上述内板具有凸块，所述固定电极具有凹槽，所述凸块与所述凹槽相适配。

进一步地，上述凸块与所述凹槽之间设有弹性垫。

进一步地，上述内板具有多个气孔，所述多个气孔均连通所述测量腔。

进一步地，上述电容式真空压力传感器还包括连接管，所述连接管连通所述测量腔。

进一步地，上述电容式真空压力传感器还包括抽气管，所述抽气管连通所述参考腔。

进一步地，上述电容式真空压力传感器还包括吸气剂，所述吸气剂连通所述参考腔。

由上可知，本发明的电容式真空压力传感器将感压膜片和固定电极均设计为圆筒形状，与现有技术中同等体积的电容薄膜真空计相比，基础电容值得到增大，有效提高了电容式真空压力传感器的灵敏度和精度，降低了电容信号的处理难度。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为现有技术中一种电容式薄膜真空计的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种电容式真空压力传感器的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种电容式真空压力传感器的剖视图。

图4为本申请实施例提供的感压膜片受压处于变形状态的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的固定电极的结构示意图。

图6为本申请实施例提供的一种电容式真空压力传感器的另一剖视图。

标号说明：01、外壳；02、感应膜片；03、感应电极；10、壳体；101、容置腔；1011、测量腔；1012、参考腔；12、感压膜片；121、变形直段区域；122、变形非直段区域；14、固定电极；141、导电区域；142、不导电区域；143、凹槽；15、引出电极；16、弹性件；18、内板；180、凸起环；181、气孔；182、凸块；183、聚气槽；20、弹性垫；22、连接管；24、抽气管；26、吸气剂。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

参见图2及图3，本发明一种电容式真空压力传感器，包括壳体10、感压膜片12及固定电极14。壳体10具有容置腔101。感压膜片12与固定电极14均为圆筒形状。感压膜片12设置在容置腔101内，感压膜片12的两端分别连接容置腔101的顶部和底部，具体地，容置腔101的顶部和底部可以分别为壳体10的顶部内侧壁和壳体10的底部内侧壁。感压膜片12将容置腔101分为测量腔1011及参考腔1012。固定电极14设置在参考腔1012内，固定电极14与感压膜片12组成可变电容器。

具体应用中，固定电极14与感压膜片12同轴心设置，测量腔1011连通待测对象（腔体或容器），参考腔1012连通真空泵，利用真空泵对参考腔1012进行抽真空，使得参考腔1012与测量腔1011之间产生压差，从而使得感压膜片12变形，从而使感压膜片12与固定电极14之间的距离发生变化，进而使固定电极14与感压膜片12组成的可变电容器的电容发生变化，建立压力与电容的线性关系，通过测量电容值的改变，即可测得真空压力值。

通过该技术方案，使得电容式真空压力传感器与现有技术中同等体积的电容薄膜真空计相比，基础电容值得到增大，有效提高了电容式真空压力传感器的灵敏度和精度，降低了电容信号的处理难度。

由于感压膜片12的变形量只与压力、内径和材料本身的性能相关，因此，在内径和材料确定的情况下，可以通过增加电容式真空压力传感器高度的方式进一步提高基础电容值，从而进一步提高电容式真空压力传感器的灵敏度和精度。

再一并参见图4及图5，在一些优选的实施方式中，上述固定电极14包括导电区域141及不导电区域142。导电区域141与感压膜片12对应。不导电区域142位于导电区域141的两端。具体地，上述固定电极14采用陶瓷材料制成，导电区域141为固定电极14的外表面镀有导电材料的位置，不导电区域142为固定电极14的外表面未镀有导电材料的位置，固定电极14的外表面未镀有导电材料的位置位于固定电极14的外表面镀有导电材料的位置的两端。具体地，感压膜片12受压变形时包括变形直段区域121和变形非直段区域122，变形直段区域121为感压膜片12两端之间的部分，变形直段区域121受压变形后与固定电极14的轴线平行，变形非直段区域122为感压膜片12两端与壳体10的内侧壁连接的部分，变形非直段区域122由于受边界效应影响，受压变形时，变形非直段区域121与固定电极14的轴线不平行。通过该技术方案，使得测量时，固定电极14的导电区域141始终位于感压膜片12的变形直段区域121的范围内，保证固定电极14的导电区域141与感压膜片12的变形直段区域121始终保持平行，有效提高了电容式真空压力传感器的线性度，从而提高电容式真空压力传感器的测量精度。

需要说明的是，导电区域141与感压膜片12对应指的是：导电区域141在固定电极14轴线方向的宽度小于等于变形直段区域121在感压膜片12轴线方向的宽度，且导电区域141的纵截面位于变形直段区域121纵截面的投影范围内。

具体地，导电材料可以是金属箔片，也可以是其他可以输送和传导电流的材料，上述仅为本发明的一实施方式，不应以此为限。

具体应用中，电容式真空压力传感器具有引出电极15，引出电极15的一端位于壳体10内，并与导电材料连接，引出电极15的另一端露出于壳体10，与外部的电容检测电路连接，以检测电容变化情况。

在一些优选的实施方式中，上述固定电极14的一端或两端通过弹性件16抵接壳体10的内侧壁。通过该技术方案，使得固定电极14在热膨胀情况下，弹性件16可以起到一定缓冲作用，避免固定电极14与壳体10内侧壁碰撞发生损坏。具体地，弹性件16为弹簧或硅胶圈。

参见图6，在一些优选的实施方式中，上述电容式真空压力传感器还包括内板18。内板18设置在壳体10内，内板18位于靠近壳体10的底部的位置，内板18的外侧壁与壳体10的内侧壁连接，内板18与壳体10形成容置腔101和进气腔，容置腔101的体积大于进气腔的体积。感压膜片12位于容置腔101内，感压膜片12的一端连接容置腔101的顶部，感压膜片12的另一端连接内板18。

具体地，内板18具有凸起环180，凸起环180位于内板18上表面的边缘，凸起环180的外侧壁与壳体10的内侧壁连接，凸起环180向容置腔101内延伸，感压膜片12位于容置腔101内，感压膜片12的一端的外表面连接壳体10的顶部内侧壁，感压膜片12的另一端的外表面连接凸起环180的内侧壁。通过将感压膜片12两端的外表面与壳体10的顶部内侧壁及凸起环180的内侧壁连接，不仅方便安装感压膜片12，而且可以保证感压膜片12的牢固连接，使得参考腔1012与测量腔1011保持相对密封状态，避免感压膜片12受压变形时连接处漏气，影响测量精度。

具体地，内板18与壳体10一体成型而成，内板18具有多个气孔181，多个气孔181均连通测量腔1011，多个气孔181均布设置在凸起环180上，多个气孔181均贯穿凸起环180，测量时，待测对象内的被测气体先进入进气腔，再通过多个气孔181进入容置腔101内的测量腔1011，内板18对先进入进气腔的气体起到遮挡分流作用，避免气流直接冲击感压膜片12。

复参见图5及图6，在一些优选的实施方式中，上述内板18具有凸块182，固定电极14具有凹槽143，凸块182的形状与凹槽143的形状相适配。具体应用中，通过凸块182与凹槽143配合，可快速将固定电极14安装在内板18的预定位置。具体地，凸块182位于内板18的上表面的中部，凸块182与凹槽143均为圆柱形状，凹槽143与凸块182配合时，固定电极14与感压膜片12同轴心。

在一些优选的实施方式中，上述内板18具有聚气槽183，聚气槽183位于内板18的下表面的边缘处，聚气槽183分别连通多个气孔181及进气腔。具体应用中，进入进气腔内的被测气体于聚气槽183内分散均匀后通过多个气孔181到达测量腔1011内，使得测量腔1011内的气体分布均匀，以保证测量精度。

在一些优选的实施方式中，上述凸块182与凹槽143之间设有弹性垫20。通过该技术方案，使得固定电极14在热膨胀情况下，弹性垫20可以起到一定缓冲作用，避免固定电极14与凸块182直接碰撞发生损坏。具体地，弹性垫20可以为弹簧或硅胶圈。

在一些优选的实施方式中，上述电容式真空压力传感器还包括连接管22，连接管22连通测量腔1011。通过该技术方案，便于对电容式真空压力传感器与待测对象进行连接。具体应用中，连接管22位于壳体10底部的中心位置，待测对象内的被测气体通过连接管22进入进气腔内，在内板18的作用下均匀分散流动至聚气槽183内，再通过多个气孔181到达测量腔1011内，使得待测对象内的被测气体均匀地进入测量腔1011内，以保证测量精度。

在一些优选的实施方式中，上述电容式真空压力传感器还包括抽气管24，抽气管24连通参考腔1012。通过该技术方案，便于对电容式真空压力传感器与真空泵进行连接。

在一些优选的实施方式中，上述拉电容式真空压力传感器还包括吸气剂26，吸气剂26连通参考腔1012。具体应用中，吸气剂26可吸收参考腔1012内残余的气体，保持内外压差的稳定性，从而保证测量精度。吸气剂26的具体类型可根据实际需要进行适应性选择，于此不进行限定。

综上所述，本发明的电容式真空压力传感器通过将感压膜片12和固定电极14均设计为圆筒形状，与现有技术中同等体积的电容薄膜真空计相比，基础电容值得到增大，有效提高了电容式真空压力传感器的灵敏度和精度，降低了电容信号的处理难度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容式真空压力传感器，包括具有容置腔（101）的壳体（10），其特征在于，还包括感压膜片（12）及固定电极（14）；所述感压膜片（12）及所述固定电极（14）均为圆筒形状；所述感压膜片（12）设置在所述容置腔（101）内，所述感压膜片（12）的两端分别连接所述容置腔（101）的顶部和底部，所述感压膜片（12）将所述容置腔（101）分为测量腔（1011）及参考腔（1012）；所述固定电极（14）设置在所述参考腔（1012）内，所述固定电极（14）与所述感压膜片（12）组成可变电容器。

2.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述固定电极（14）包括导电区域（141）及不导电区域（142），所述导电区域（141）与所述感压膜片（12）对应，所述不导电区域（142）位于所述导电区域（141）的两端。

3.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述固定电极（14）的一端或两端通过弹性件（16）抵接所述壳体（10）的内侧壁。

4.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述壳体（10）内设有内板（18），所述内板（18）与所述壳体（10）的内侧壁连接；所述感压膜片（12）的一端连接所述容置腔（101）的顶部，所述感压膜片（12）的另一端连接所述内板（18）。

5.根据权利要求4所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述内板（18）具有凸块（182），所述固定电极（14）具有凹槽（143），所述凸块（182）与所述凹槽（143）相适配。

6.根据权利要求5所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述凸块（182）与所述凹槽（143）之间设有弹性垫（20）。

7.根据权利要求4所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，所述内板（18）具有多个气孔（181），所述多个气孔（181）均连通所述测量腔（1011）。

8.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，还包括连接管（22），所述连接管（22）连通所述测量腔（1011）。

9.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，还包括抽气管（24），所述抽气管（24）连通所述参考腔（1012）。

10.根据权利要求1所述的电容式真空压力传感器，其特征在于，还包括吸气剂（26），所述吸气剂（26）连通所述参考腔（1012）。

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