CN115406576A - 一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了传感器技术领域的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，包括基片、弹性膜片、下电极和上电极，所述基片底部设置有弹性膜片，它具有结构简单、灵敏度高、功耗低、动态响应特性好、抗过载能力强等特点，其温度测量与传统的Pt100相兼容，方便电路设计，集成化温压一体化传感器，采用厚膜传感、烧结工艺技术，通过厚膜混合集成布线，将信号感知电路集成在感压、测温衬底上，其工艺成熟、简单，产品适合在恶劣工矿条件下工作的问题,多参量传感器温度的设计：用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在传感器的陶瓷衬底(基片)上，膜厚控制在2μm左右，再用玻璃烧结料把Ni(or Pd)电极固定，最后，经激光调阻制成标准的薄膜铂电阻。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体为一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器。
背景技术
压力、温度传感器是传感器中较大门类，广泛应用于汽车、工业、物联网等领域，对所处气体或液体氛围的压力或温度测量，是闭环反馈系统的前端，负责物理量的采集，以实现系统精确控制。
目前，大多数的压力传感器都是单一参数的物理量测量，而集成化和微型化是当下国内外传感器研究的重要发展方向和热点，将压力和温度的测量集成在一个微型腔体中，两种参量可以同时准确测量。它具有结构简单、灵敏度高、功耗低、动态响应特性好、抗过载能力强等特点，其温度测量与传统的Pt100相兼容，方便电路设计，集成化温压一体化传感器，采用厚膜传感、烧结工艺技术，通过厚膜混合集成布线，将信号感知电路集成在感压、测温衬底上，其工艺成熟、简单，产品适合在恶劣工矿条件下工作，为此，我们提出一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，包括基片、弹性膜片、下电极和上电极，所述基片底部设置有弹性膜片，所述基片和弹性膜片之间顶部和底部分别设置有下电极和上电极。
优选的，所述压力缓冲结构包括压力缓冲柱和固定件，所述固定件与所述引压孔连接以将压力缓冲柱固定于所述引压孔内；所述流道位于所述压力缓冲柱上，所述固定件上设有用于连通流道与引压孔的孔道。
优选的，所述流道包括依次连通的第一流道、第二流道和第三流道；所述第二流道布置于所述压力缓冲柱的外周侧；所述第一流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与引压孔相连通，另一端则与第二流道的一端相连通；所述第三流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与第二流道的另一端相连通，另一端则与所述内腔相连通。
优选的，所述第一流道和第三流道均呈直线。
优选的，所述第二流道呈S形或螺旋状。
优选的，所述固定件与所述压力缓冲柱相接触的一端设有引压腔，用于连通所述孔道与第一流道。
优选的，所述固定件为固定螺钉，与所述引压孔螺纹连。
优选的，所述第一卡块和第一卡槽相适配。
优选的，所述压力缓冲柱和固定件为一体化结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：厚膜感压芯体的基本原理为电容极距变化式原理(C＝εA/d),弹性膜片为陶瓷(95％-Al2O3),典型陶瓷芯体为密封表压结构，由陶瓷衬底和可变形膜片及中空密封腔体三部分组成，承压面为弹性膜片，当芯体受压发生变化时，弹性膜片发生弯曲，导致基板间距d发生变化，从而引起电容变化，这种电容的变化和压力存在一定的线性关系。再通过信号转换和软件补偿技术，使其输出电压信号与压力呈现很好的线性关系，以此解决了目前，大多数的压力传感器都是单一参数的物理量测量，而集成化和微型化是当下国内外传感器研究的重要发展方向和热点，将压力和温度的测量集成在一个微型腔体中，两种参量可以同时准确测量。它具有结构简单、灵敏度高、功耗低、动态响应特性好、抗过载能力强等特点，其温度测量与传统的Pt100相兼容，方便电路设计，集成化温压一体化传感器，采用厚膜传感、烧结工艺技术，通过厚膜混合集成布线，将信号感知电路集成在感压、测温衬底上，其工艺成熟、简单，产品适合在恶劣工矿条件下工作的问题,多参量传感器温度的设计：要求测温材料有较高的灵敏度、温度范围宽、电阻稳定和优良的重复性，我们选用铂丝作为温度计材料,薄膜铂电阻的制备，用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在传感器的陶瓷衬底(基片)上，膜厚控制在2μm左右，再用玻璃烧结料把Ni(or Pd)电极固定，最后，经激光调阻制成标准的薄膜铂电阻。
附图说明
图1为本发明的截面图；
图2为本发明受压后的结构示意图。
图中：1、基片；2、弹性膜片；3、下电极；4、上电极。
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。
请参阅图1和图2，本发明提供如下技术方案：一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，包括基片1、弹性膜片2、下电极3和上电极4，所述基片1底部设置有弹性膜片2，所述基片1和弹性膜片2之间顶部和底部分别设置有下电极3和上电极4，厚膜感压芯体的基本原理为电容极距变化式原理(C＝εA/d),弹性膜片为陶瓷(95％-Al2O3),典型陶瓷芯体为密封表压结构，由陶瓷衬底和可变形膜片及中空密封腔体三部分组成，承压面为弹性膜片，当芯体受压发生变化时，弹性膜片发生弯曲，导致基板间距d发生变化，从而引起电容变化，这种电容的变化和压力存在一定的线性关系。再通过信号转换和软件补偿技术，使其输出电压信号与压力呈现很好的线性关系，以此解决了目前，大多数的压力传感器都是单一参数的物理量测量，而集成化和微型化是当下国内外传感器研究的重要发展方向和热点，将压力和温度的测量集成在一个微型腔体中，两种参量可以同时准确测量。它具有结构简单、灵敏度高、功耗低、动态响应特性好、抗过载能力强等特点，其温度测量与传统的Pt100相兼容，方便电路设计，集成化温压一体化传感器，采用厚膜传感、烧结工艺技术，通过厚膜混合集成布线，将信号感知电路集成在感压、测温衬底上，其工艺成熟、简单，产品适合在恶劣工矿条件下工作的问题。
请参阅图1和图2，压力缓冲结构包括压力缓冲柱和固定件，所述固定件与所述引压孔连接以将压力缓冲柱固定于所述引压孔内；所述流道位于所述压力缓冲柱上，所述固定件上设有用于连通流道与引压孔的孔道，固定件为固定螺钉，通过与引压孔螺纹连接，以将压力缓冲柱卡设于引压孔内，拆装简便。另外，压力缓冲柱和固定件也可以为一体化结构。其中压力缓冲柱的形状与引压孔相匹配，在常规结构中的引压孔为圆孔，故压力缓冲柱呈柱状。其中流道位于压力缓冲柱上，固定螺钉上设有用于连通流道与引压孔的孔道，其中孔道的尺寸根据实际需求来设置；在一些情况下，此孔道也可以设置为节流孔，进一步起到抗过载的能力。上述压力缓冲结构可作为独立设计的部件进行更换，提高了不同过载压力要求的传感器的动态响应性能，而且拆装简便；
请参阅图1和图2，流道包括依次连通的第一流道、第二流道和第三流道；所述第二流道布置于所述压力缓冲柱的外周侧；所述第一流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与引压孔相连通，另一端则与第二流道的一端相连通；所述第三流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与第二流道的另一端相连通，另一端则与所述内腔相连通；
请参阅图1和图2，第一流道和第三流道均呈直线；
请参阅图1和图2，第二流道呈S形或螺旋状；
请参阅图1和图2，固定件与所述压力缓冲柱相接触的一端设有引压腔，用于连通所述孔道与第一流道；
请参阅图1和图2，固定件为固定螺钉，与所述引压孔螺纹连；
请参阅图1和图2，压力缓冲柱和固定件为一体化结构，其中第一流道和第三流道均呈直线状；第二流道呈S形状，能够保证流道的距离较长，起到较好的抗过载压力，同时S形状也便于加工；
工作原理：压力传感器在正常工作时，压力介质经引压孔进入至固定螺钉的孔道，再经引压腔引流至第一流道，再依次经过第二流道、第三流道后再流入至内腔内，到达芯体的感压部分。在出现高瞬态过载例如2倍量程10毫秒的瞬态过载压力范围内的情况时，过载压力会在经过第一流道、第二流道和第三流道形成的流道中被抑制，从而使得到达芯体的压力在芯体的额定承压范围内，保证其不受损害。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，包括基片(1)、弹性膜片(2)、下电极(3)和上电极(4)，其特征在于：所述基片(1)底部设置有弹性膜片(2)，所述基片(1)和弹性膜片(2)之间顶部和底部分别设置有下电极(3)和上电极(4)。
2.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述压力缓冲结构包括压力缓冲柱和固定件，所述固定件与所述引压孔连接以将压力缓冲柱固定于所述引压孔内；所述流道位于所述压力缓冲柱上，所述固定件上设有用于连通流道与引压孔的孔道。
3.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述流道包括依次连通的第一流道、第二流道和第三流道；所述第二流道布置于所述压力缓冲柱的外周侧；所述第一流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与引压孔相连通，另一端则与第二流道的一端相连通；所述第三流道位于所述压力缓冲柱内部，一端与第二流道的另一端相连通，另一端则与所述内腔相连通。
4.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述第一流道和第三流道均呈直线。
5.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述第二流道呈S形或螺旋状。
6.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述固定件与所述压力缓冲柱相接触的一端设有引压腔，用于连通所述孔道与第一流道。
7.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述固定件为固定螺钉，与所述引压孔螺纹连。
8.根据权利要求1所述的一种抗过载能力强的压力及温度多参量传感器，其特征在于：所述压力缓冲柱和固定件为一体化结构。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115824269A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-21 | 四川大学 | 一种单模态、自适应和多功能柔性力学杂化传感器 |
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2022
- 2022-07-14 CN CN202210825579.XA patent/CN115406576A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN115824269A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-21 | 四川大学 | 一种单模态、自适应和多功能柔性力学杂化传感器 |
| CN115824269B (zh) * | 2023-02-14 | 2023-04-28 | 四川大学 | 一种单模态、自适应和多功能柔性力学杂化传感器 |
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