CN115406565A - 一种厚膜压力敏感头及压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚膜压力敏感头，其包括：金属筒，其内设有纵向延伸且底端用于引入待测流体的导入通道，导入通道的顶端封堵有弹性金属膜片；纵向设置于导入通道内的隔板，隔板的一端延伸至弹性金属膜片的内侧壁，并将导入通道横向分隔为第一导入腔和第二导入腔；及固定于弹性金属膜片的外侧壁上的压力感测组件，压力感测组件包括两个压力感测电路，两个压力感测电路与第一导入腔和第二导入腔纵向一一对应。其通过将导入通道隔开为两个导入腔，并相应地通过两个压力感测电路分别测量弹性金属膜片的两部分之变形量，其能够在制造成本少量提升的前提下，很大程度上避免压力感测电路的失效问题，提高传感器的使用寿命和可靠性。

Description

一种厚膜压力敏感头及压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种厚膜压力敏感头及压力传感器。

背景技术

厚膜压力传感器是一种利用厚膜电阻具有压阻效应对压力进行测量的压力传感器，其厚膜压力敏感头通过固定于测量膜片背面上的由压敏电阻组成的惠斯通电桥获得测量信号。厚膜压力传感器能够对较大的压力进行测量，但制作成本较高。现有的厚膜压力传感器，其在长时间的连续工作载荷下，可能导致背面的压敏电阻开裂、脱落等缺陷而导致阻值漂移，甚至失效。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明致力于提供一种厚膜压力敏感头及压力传感器，以提高其可靠性。

一种厚膜压力敏感头，其包括：

金属筒，其内设有纵向延伸且底端用于引入待测流体的导入通道，导入通道的顶端封堵有弹性金属膜片；

纵向设置于所述导入通道内的隔板，所述隔板的一端延伸至所述弹性金属膜片的内侧壁，并将所述导入通道横向分隔为第一导入腔和第二导入腔；及

固定于所述弹性金属膜片的外侧壁上的压力感测组件，所述压力感测组件包括两个压力感测电路，两个所述压力感测电路与所述第一导入腔和第二导入腔纵向一一对应。

优选地，所述压力感测电路包括由第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻顺次首尾连接的惠斯通电桥；所述第一电阻和第二电阻、第二电阻和第三电阻、第三电阻和第四电阻及第四电阻和第一电阻的连接处一一对应地电连接至第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘及第四焊盘；第一电阻和第三电阻均为压敏电阻。

优选地，所述压力感测电路还包括一个热敏电阻，第一焊盘或第三焊盘与热敏电阻的一端电连接，热敏电阻的另一端电连接有第五焊盘。

优选地，两个所述压力感测电路共用一个所述热敏电阻。

优选地，所述第一电阻和第三电阻相靠近，且两者中心处分别纵向正对于所述第一导入腔或第二导入腔的中心处。

本发明还要求保护一种压力传感器，其包括：

所述的厚膜压力敏感头；

连接座，其设置于厚膜压力敏感头的顶端一侧；

壳体，其连接所述连接座与厚膜压力敏感头，所述厚膜压力敏感头、连接座及壳体之间围成一安装腔；及

电路板，其设置于所述安装腔内并与所述压力感测组件连接。

优选地，所述安装腔内设置有用于安装所述电路板的第一支撑件；所述第一支撑件包括垂直于纵向的支撑板，支撑板的横向第一方向的两端朝底端一侧各伸出止挡于金属筒上的第一支撑脚板，支撑板的横向第二方向的两端相对形成让位缺口；所述横向第一方向与所述横向第二方向相垂直。

优选地，一第二支撑件设置于所述安装腔内，其顶端止挡于连接座底端上，其底端止挡于所述支撑板上或者其底端的沿横向第二方向之两端分别朝底端伸出止挡于金属筒上的第二支撑脚板。

优选地，所述电路板具有自顶侧向底侧依次设置的连接板、第一安装板及第二安装板，所述连接板从底端一侧正正于所述隔离槽的沿所述横向第二方向的第一端；所述连接板的沿所述横向第二方向的第一端固定连接于弹性金属膜片的顶端端面上，所述第一安装板与第二安装板的沿所述横向第二方向的第一端之间通过一纵向的第二连接板连接；所述弹性金属膜片的沿所述横向第二方向的第二端与所述第一安装板的对应一端之间通过向顶端一侧翘起的第一连接板连接；第一安装板电连接至所述压力感测电路的焊盘；所述第二安装板上连接多个引脚。

优选地，所述连接座的底端相对扩大形成凸缘盘，所述连接座上套设有密封圈；所述壳体的顶端朝内收卷形成卷边，所述卷边的朝底端一侧将所述密封圈压紧于凸缘盘上；所述凸缘盘朝底端止挡于所述第二支撑件的顶端上；所述引脚嵌固于所述连接座上。

本发明的厚膜压力敏感头，其通过将导入通道隔开为两个导入腔，并相应地通过两个压力感测电路分别测量弹性金属膜片的两部分之变形量。由于压力感测电路仍可以通过原有的丝网印刷工艺一次制作，因此成本增加很小。通过上述冗余设计，本发明能够在制造成本少量提升的前提下，很大程度上避免压力感测电路的失效问题，提高传感器的使用寿命和可靠性。

附图说明

图1为一优选实施例的厚膜压力敏感头的立体图；

图2为一优选实施例的厚膜压力敏感头的爆炸图；

图3为一优选实施例的厚膜压力敏感头的俯视图；

图4为一优选实施例的厚膜压力敏感头沿图3中所示A-A的平面剖视图；

图5为一优选实施例的压力敏感组件的层间结构示意图；

图6为另一优选实施例的厚膜压力敏感头的立体图；

图7为另一优选实施例的厚膜压力敏感头的俯视图；

图8为另一优选实施例的厚膜压力敏感头沿图3中所示A-A的平面剖视图；

图9为另一优选实施例的压力感测组件的部分结构俯视图；

图10为再一优选实施例的压力感测组件的部分结构俯视图；

图11为一优选实施例的压力传感器的立体图；

图12为一优选实施例的压力传感器的俯视图；

图13为一优选实施例的压力传感器沿图7中所示B-B的平面剖视图；

图14为一优选实施例的压力传感器沿图7中所示B-B的立体剖视图(部分结构未剖视)；

图15为一优选实施例的第一支撑件的立体图；

图16为一优选实施例的第二支撑件的立体图；

图17为一优选实施例的电路板的立体图；

图18为一优选实施例的保护头的立体图；

图中：1、金属筒；10、连接座；100、厚膜压力敏感头；101、弹性金属膜片；102、隔离槽；103、配合连接部；104、支撑台阶面；105、第一支撑面； 106、密封槽；107、导入通道；107a、第一导入腔；107b、第二导入腔；108、隔板；109、周向定位结构；109a、定位切槽；11、保护头；110、凸缘盘；111、柱状头；112、凹部；113、支腿；114、插芯；117、定位盲孔；115、间隙；116、定位切边；12、第二支撑件；120、第二支撑脚板；120a、边缘；130、支腿定位缺口；2、壳体；201、卷边；3、第一支撑件；301、支撑板；302、第一支撑脚板；303、让位缺口；304、定位柱；4、介质层；5、压力感测组件；50、压力感测电路；501、第一电阻；502、第二电阻；503、第三电阻；504、第四电阻；505、热敏电阻；506、导体；50a、第一焊盘；50b、第二焊盘；50c、第三焊盘；50d、第四焊盘；50e、第五焊盘；6、电路板；601、连接板；602、第一安装板；603、第二安装板；604、第二连接板；605、第一连接板；606、定位通孔；607、引脚安装孔；7、调理芯片；8、密封圈；9、引脚；140、插接孔；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。下列的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。在以下描述中，相同的标记用于表示相同或等效的元件，并且省略重复的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还应当进一步理解，在本发明说明书和对应的权利要求书中使用的术语“和 /或”是指所列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合。

如图1～5所示。本发明的一优选实施例中，压力感测组件5包括介质层4、压力感测电路50及一层保护釉03。其中，压力感测电路50覆盖于介质层4顶部，其具有多个敏感元件及多个焊盘，上述的多个焊盘包括一个第一焊盘50a，上述的多个敏感元件包括多个电阻500。敏感元件及多个焊盘之间通过导体506 实现电连接。保护釉03覆盖于压力感测电路50的除第一焊盘50a以外的其他部分之顶部。优选地，一导电保护层04覆盖于保护釉03顶部，导电保护层04 至少遮盖敏感元件，且与其中的第一焊盘50a固定且电连接。

上述的压力感测组件，其通过在保护釉上再覆盖一层导电保护层，其不仅能够在保护釉的剧烈收缩/拉伸时对釉层表面进行表面增强，避免釉层开裂或剥离，而且能够屏蔽对压力感测电路的电磁干扰，从而提高测量精度；另外也能够提高对应焊盘的电连接稳定性。

具体地，保护釉03可具有第一覆盖部31、第一让位部32及第二让位部30。第一覆盖部31遮盖压力感测电路50的除焊盘以外的其他部分。第一焊盘50a 正对于第二让位部30，其他焊盘正对于第一让位部32。第一焊盘50a穿过第二让位部30与导电保护层04连接。导电保护层04可具有第二覆盖部41及第三让位部42。第二覆盖部41遮盖第一焊盘50a及压力感测电路50的除焊盘以外的其他部分。其中，第一让位部32、第三让位部42及第二让位部30均可包括在保护釉03上开设的一个或多个窗口和/或由保护釉03的边缘朝内收缩形成的一个或多个缺口。

其中，上述的多个电阻500可包括第一电阻501、第二电阻502、第三电阻 503及第四电阻504。第一电阻501、第二电阻502、第三电阻503及第四电阻 504顺次首尾连接成惠斯通电桥。第一电阻501和第二电阻502、第二电阻502 和第三电阻503、第三电阻503和第四电阻504及第四电阻504和第一电阻501 的连接处一一对应地电连接至第一焊盘50a、第二焊盘50b、第三焊盘50c及第四焊盘50d。第一电阻501和第三电阻503均为压敏电阻。较佳地，第一电阻 501和第三电阻503相靠近，且两者中心处分别纵向正对于第一导入腔107a或第二导入腔107b的中心处。

在其他的一些实施例中，压力感测电路50还包括一个热敏电阻505。第一焊盘50a或第三焊盘50c与热敏电阻505的一端电连接。热敏电阻505的另一端电连接有第五焊盘50e。

其中，导电保护层04可通过将金属浆料丝印于保护釉03的顶部后烧制而成。各电阻及焊盘由导电体导体506电连接。

请结合参阅图1～4。厚膜压力敏感头100可包括金属筒1、隔板108和压力感测电路50。其中，金属筒1内设有纵向延伸的导入通道107。导入通道107 的底端用于引入待测流体的导入通道107，其顶端封堵有弹性金属膜片101。压力感测组件5的介质层4的底部贴合固定于弹性金属膜片101的外侧壁上。

请结合参阅图8～10，在其他的一些实施例中，优选地，隔板108纵向设置于导入通道107内，其顶端延伸至弹性金属膜片101的内侧壁。隔板108将导入通道107横向隔开，形成第一导入腔107a和第二导入腔107b。压力感测组件 5固定于弹性金属膜片101的外侧壁(即顶端侧壁)上。压力感测组件5包括两个压力感测电路50。两个压力感测电路50与第一导入腔107a和第二导入腔107b 纵向一一对应，从而分别根据弹性金属膜片101的对应两部分在待测流体的压力下的变形，输出相应的测量信号。

本实施例的厚膜压力敏感头，其通过将导入通道隔开为两个导入腔，并相应地通过两个压力感测电路分别测量弹性金属膜片的两部分之变形量。由于压力感测电路仍可以通过原有的丝网印刷工艺一次制作，因此成本增加很小。所以通过上述冗余设计，能够在制造成本少量提升的前提下，很大程度上避免压力感测电路的失效问题，提高传感器的使用寿命和可靠性。

上述的测量信号，通过模/数转换模块转换为数字信号，再通过调理电路进行调理后向外输出压力测量结果。

请结合参阅图10。在另外的一些实施例中，两个压力感测电路50可共用一个热敏电阻505。这样，可以进一步降低制作成本。对应地，第二覆盖部41被分隔为两块独立的区域，以分别与两个压力感测电路50的第一焊盘分别连接。

请结合参阅图11至图14。本发明一优选实施的压力传感器，除包括上述厚膜压力敏感头100外，还包括连接座10、壳体2及电路板6。其中，连接座10 设置于厚膜压力敏感头100的顶端一侧。连接座10与厚膜压力敏感头100通过壳体2连接。厚膜压力敏感头100、连接座10及壳体2之间围成一安装腔。电路板6设置于安装腔内并与压力感测组件5连接。

其中，金属筒1的中部扩大形成配合连接部103，壳体2的下部过盈套接于配合连接部103上，并朝底端接接于金属筒1上形成的一支撑台阶面104上。配合连接部103的上侧朝内凹陷形成隔离槽102，从而隔离安装过程中的应力对测量结果的影响。金属筒1的下部外壁可设有密封槽106，从而方便在与容纳有待测流体的容器连接时，方便设置密封体。

在其他的一些实施例中，优选地，金属筒1的中部设有周向定位结构109。具体地，上述周向定位结构109可以是定位切槽109a，或者直切边。

请结合参阅图15。为了方便电路板6的安装，在其他的一些实施例中，安装腔内可设置第一支撑件3。配合连接部103具有朝向顶端的第一支撑面105。第一支撑件3包括垂直于纵向的支撑板301，支撑板301的横向第一方向的两端朝底端一侧各伸出一个止挡于第一支撑面105上的第一支撑脚板302。

如图16所示，为了便于连接座10和金属筒1之间的连接，安装腔内设置有一个第二支撑件12。第二支撑件12的顶端止挡于连接座10的底端上。第二支撑件12的底端止挡于支撑板301上，或者更佳地，第二支撑件12的底端的沿横向第二方向之两端分别朝底端伸出止挡于金属筒1上的第二支撑脚板120。其中，横向第一方向与横向第二方向相垂直。其中，支撑板301的横向第二方向的两端可相对形成让位缺口303，以给第二支撑脚板120让位。

在其他的一些实施例中，优选地，第二支撑件12为环形。第二支撑脚板120 的横向截面为弧形。第二支撑脚板120的横向两端之边缘120a朝内抵接于让位缺口303处形成的平直端面上，从而方便第一支撑件3与第二支撑件12之间的定位。

如图17所示，电路板6可具有自顶侧向底侧依次设置的连接板601、第一安装板602及第二安装板603。连接板601从底端一侧正正于隔离槽102的沿横向第二方向的第一端。第一安装板602上连接固定有调理芯片7及模/数转换器。第一焊盘50a连接电源端，第二焊盘50b可连接公共接地端，第二焊盘50b及第四焊盘50d则可分别连接至模/数转换器的输入端。第二安装板603上开设有多个引脚安装孔607，引脚安装孔607与引脚9的底端电连接。本发明中，模/ 数转换器为双模输入的模/数转换器，以分别对两个压力感测电路50测得的信号进行处理。

连接板601的沿横向第二方向的第一端固定连接于弹性金属膜片101的顶端端面上。第一安装板602与第二安装板603的沿横向第二方向的第一端之间通过一纵向的第二连接板604连接。弹性金属膜片101的沿横向第二方向的第二端与第一安装板602的对应一端之间通过向顶端一侧翘起的第一连接板605 连接。第一安装板602电连接至压力感测电路50的焊盘。第二安装板603上连接多个引脚9。

在其他的一些实施例中，第一安装板602上可设有定位通孔606，支撑板 301上可对应固定有定位柱304，定位柱304配合设置于定位通孔606中。

在其他的一些实施例中，优选地，连接座10的底端相对扩大形成凸缘盘110。连接座10上套设有密封圈8。壳体2的顶端朝内收卷形成卷边201。卷边201 的朝底端一侧将密封圈8压紧于凸缘盘110上。凸缘盘110朝底端止挡于第二支撑件12的顶端上。引脚9嵌固于连接座10上。

请结合参阅图18，在其他的一些实施例中，优选地，连接座10的顶端固定有保护头11。具体地，连接座10的顶端开设有插接孔140(如图13所示)。保护头11包括一纵向延伸的柱状头111。柱状头111的底端对应伸出一插芯114。插芯114对应地插接于插接孔140中。柱状头111的底端周缘朝底端一侧凸伸形成多个周向间隔的支腿113。连接座10的周缘之顶端形成多个对应容纳上述支腿113的支腿定位缺口130。柱状头111的顶端周缘上朝内凹陷形成多个周向间隔的凹部112。引脚9穿设柱状头111，并从凹部112底部形成的穿孔中朝顶端一侧穿出。柱状头111的顶端中心处设有定位盲孔117，柱状头111的外壁上形成定位切边116，这样可以方便与外部设备的连接定位。

较佳地，插芯114的中部形成间隙115，间隙115将插芯114分隔成两半。这样，能够使插芯114具有一定的挠性，以方便与插接孔140之间的配合连接。

本公开内容的范围不是由详细描述限定，而是由权利要求及其等同方案限定，并且在权利要求及其等同方案范围内的所有变型都解释为包含在本公开内容中。

Claims (10)

1.一种厚膜压力敏感头，其特征在于，包括：

金属筒(1)，其内设有纵向延伸且底端用于引入待测流体的导入通道(107)，导入通道(107)的顶端封堵有弹性金属膜片(101)；

纵向设置于所述导入通道(107)内的隔板(108)，所述隔板(108)的一端延伸至所述弹性金属膜片(101)的内侧壁，并将所述导入通道(107)横向分隔为第一导入腔(107a)和第二导入腔(107b)；及

固定于所述弹性金属膜片(101)的外侧壁上的压力感测组件(5)，所述压力感测组件(5)包括两个压力感测电路(50)，两个所述压力感测电路(50)与所述第一导入腔(107a)和第二导入腔(107b)纵向一一对应。

2.根据权利要求1所述的厚膜压力敏感头，其特征在于，所述压力感测电路(50)包括由第一电阻(501)、第二电阻(502)、第三电阻(503)及第四电阻(504)顺次首尾连接的惠斯通电桥；所述第一电阻(501)和第二电阻(502)、第二电阻(502)和第三电阻(503)、第三电阻(503)和第四电阻(504)及第四电阻(504)和第一电阻(501)的连接处一一对应地电连接至第一焊盘(50a)、第二焊盘(50b)、第三焊盘(50c)及第四焊盘(50d)；第一电阻(501)和第三电阻(503)均为压敏电阻。

3.根据权利要求2所述的厚膜压力敏感头，其特征在于，所述压力感测电路(50)还包括一个热敏电阻(505)，第一焊盘(50a)或第三焊盘(50c)与热敏电阻(505)的一端电连接，热敏电阻(505)的另一端电连接有第五焊盘(50e)。

4.根据权利要求3所述的厚膜压力敏感头，其特征在于，两个所述压力感测电路(50)共用一个所述热敏电阻(505)。

5.根据权利要求2所述的厚膜压力敏感头，其特征在于，所述第一电阻(501)和第三电阻(503)相靠近，且两者中心处分别纵向正对于所述第一导入腔(107a)或第二导入腔(107b)的中心处。

6.一种压力传感器，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中的任一项所述的厚膜压力敏感头(100)；

连接座(10)，其设置于厚膜压力敏感头(100)的顶端一侧；

壳体(2)，其连接所述连接座(10)与厚膜压力敏感头(100)，所述厚膜压力敏感头(100)、连接座(10)及壳体(2)之间围成一安装腔；及

电路板(6)，其设置于所述安装腔内并与所述压力感测组件(5)连接。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述安装腔内设置有用于安装所述电路板(6)的第一支撑件(3)；所述第一支撑件(3)包括垂直于纵向的支撑板(301)，支撑板(301)的横向第一方向的两端朝底端一侧各伸出止挡于金属筒(1)上的第一支撑脚板(302)，支撑板(301)的横向第二方向的两端相对形成让位缺口(303)；所述横向第一方向与所述横向第二方向相垂直。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，一第二支撑件(12)设置于所述安装腔内，其顶端止挡于连接座(10)底端上，其底端止挡于所述支撑板(301)上或者其底端的沿横向第二方向之两端分别朝底端伸出止挡于金属筒(1)上的第二支撑脚板(120)。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述电路板(6)具有自顶侧向底侧依次设置的连接板(601)、第一安装板(602)及第二安装板(603)，所述连接板(601)从底端一侧正正于所述隔离槽(102)的沿所述横向第二方向的第一端；所述连接板(601)的沿所述横向第二方向的第一端固定连接于弹性金属膜片(101)的顶端端面上，所述第一安装板(602)与第二安装板(603)的沿所述横向第二方向的第一端之间通过一纵向的第二连接板(604)连接；所述弹性金属膜片(101)的沿所述横向第二方向的第二端与所述第一安装板(602)的对应一端之间通过向顶端一侧翘起的第一连接板(605)连接；第一安装板(602)电连接至所述压力感测电路(50)的焊盘；所述第二安装板(603)上连接多个引脚(9)。

10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，所述连接座(10)的底端相对扩大形成凸缘盘(110)，所述连接座(10)上套设有密封圈(8)；所述壳体(2)的顶端朝内收卷形成卷边(201)，所述卷边(201)的朝底端一侧将所述密封圈(8)压紧于凸缘盘(110)上；所述凸缘盘(110)朝底端止挡于所述第二支撑件(12)的顶端上；所述引脚(9)嵌固于所述连接座(10)上。

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