CN115533467A - 一种应变梁制造方法及压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种应变梁制造方法，涉及传感器领域。包括加工凹槽、研磨抛光、光刻电桥、分隔应变梁和将应变梁与弹性体结合的制作步骤；使用该方法制作的应变梁缩短了加工周期，减少了废料的产生，提升了成品率，有利于批量生产。此外本发明还提出一种压力传感器，包括由上述方法制得的应变梁，能够实现和上述同等的有益效果。

Description

一种应变梁制造方法及压力传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体而言，涉及一种应变梁制造方法及压力传感器。
背景技术
金属基溅射薄膜压力传感器同时具有精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可以测量超大量程等优点，广泛应用于石化、工程机械、电力等多个领域。
金属溅射薄膜压力传感器实现小量程的关键点在于芯体，当前市面上应用最为广泛的钢基芯体为圆形单架构式芯体，这种芯体缺点在于量程越小，芯体膜厚随之变薄例：当压力量程小于0.5MPa时芯体相应的使用现有技术时膜厚将会小于0.15mm，那么在膜厚变薄的的情况下，金属加工及其容易造成穿孔、凸点、切削形变，而满足不了作为芯体使用的条件，成品率极低想要挑小量程的芯体，成品率不足40%，此问题成为了批量生产的难点。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种应变梁制造方法及压力传感器，使用该方法制作的应变梁缩短了加工周期，减少了废料的产生，提升了成品率，有利于批量生产。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种应变梁制造方法，其包括以下步骤：
S1，准备一块金属或非金属板材，将其加工成4寸或8寸或12寸大小的尺寸，在其背面加工两个左右对称的凹槽，在加工凹槽时，根据传感器的量程大小预留应变梁膜片的厚度；
S2，对加工好凹槽的应变梁的上表面进行研磨和抛光；
S3，在研磨抛光后的应变梁的表面，沉积绝缘层、敏感层和焊盘层薄膜，并使用光刻技术制造惠斯通电桥图形；
S4，分割成单个应变梁；
S5，将应变梁连接到弹性体的上表面。
在本发明的一些实施例中，上述S1步骤中，在加工凹槽时，左右两个凹槽与板材的边缘之间分别保留有一个柱体，两个凹槽之间同样保留有柱体，三个柱体与弹性体连接。
第二方面，本申请实施例提供一种压力传感器，其包括传感器本体，传感器本体包括应变梁，应变梁采用如上述的方法制得的应变梁。
在本发明的一些实施例中，上述传感器本体还包括外壳和设置于外壳内的弹性体和六方引压嘴，弹性体设置于应变梁的下侧，弹性体位于六方引压嘴的凸台处，弹性体的内部设置有圆形岛，弹性体的上方安装有调理电路板，调理电路板与惠斯通电桥通过信号线连接，六方引压嘴的外侧设有螺纹。
在本发明的一些实施例中，上述六方引压嘴的六方座内侧设置有应力隔离槽。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明通过将芯体单独设计成应变梁形式，且应变梁采用板式排布，一次性可以加工数个，缩短了加工周期，减少了废料的产生，同时新设计的应变梁解决了因膜厚过薄加工成品率底的难题，本发明的制造方法将芯体成品率提高到了95%，芯体的重复性、迟滞和非线性都整体提高，提高了整个传感器精度。
其次，本发明提处一种压力传感器，将使用上述方法制得的应变梁运用到该压力传感器中，能够达到和上述同样的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例弹性体与应变梁的结合；
图2为本发明实施例一个单元的应变电阻布置示意图；
图3为本发明实施例整块应变梁的加工示意图；
图4为本发明实施例压力传感器的示意图。
图标：1-外壳，2-调理电路板，3-弹性体，4-圆形岛，5-六方引压嘴，6-螺纹，7-应力隔离槽，8-应变梁，9-柱体，10-应变梁膜片，11-凹槽，12-弹性膜片，13-压缩应变电阻，14-拉伸应变电阻。
具体实施方式
实施例：
请参照图1-图4，所示为本发明的实施例。
本实施例提供一种应变梁8制造方法，其包括以下步骤：
S1，准备一块金属或非金属板材，将其加工成4寸或8寸或12寸大小的尺寸，在其背面加工两个左右对称的凹槽11，在加工凹槽11时，根据传感器的量程大小预留应变梁膜片10的厚度；
S2，对加工好凹槽11的应变梁8的上表面进行研磨和抛光；
S3，在研磨抛光后的应变梁8的表面，采用物理或化学的方法沉积绝缘层、敏感层和焊盘层薄膜，并使用光刻技术制造惠斯通电桥图形；
S4，分割成单个应变梁8；
S5，将应变梁8采用焊接或胶接的方式连接到弹性体3的上表面。
在本实施例中，凹槽11的加工使用一块板材整体加工而成，将板材表面进行精密研磨和抛光，进行镀膜光刻，制造如图2的光刻电阻，光刻电阻形成了一个惠斯通电桥。两个边缘电阻受力时产生压缩应变，中心电阻受力时产生拉伸应变。
本发明通过将芯体单独设计成应变梁8形式，且应变梁8采用板式排布，一次性可以加工数个，缩短了加工周期，减少了废料的产生，同时新设计的应变梁8解决了因膜厚过薄加工成品率底的难题，本发明的制造方法将芯体成品率提高到了95%，芯体的重复性、迟滞和非线性都整体提高，提高了整个传感器精度。
本发明利用高精度机械加工设备加工弹性体3，为了制造小量程产品，弹性体3膜片加工成≤0.1毫米的厚度，后续加工无需对弹性体3的弹性膜片12进行研磨抛光，因此不会受到表面凹陷困扰。需要说明的是，弹性体3膜片和应变梁膜片10的厚度由传感器的量程大小决定，如果量程范围大，弹性体3膜片和应变梁膜片10厚度加厚，这样实现了全量程的压力测量。
上述S1步骤中，使用金属或非金属板材制造应变梁8，并将其加工成长条状，在加工凹槽11时，左右两个凹槽11与板材的边缘之间分别保留有一个柱体9，两个凹槽11之间同样保留有柱体9，三个柱体9与弹性体3连接。
三个柱体9通过焊接或胶接方式与弹性体3连接，弹性体3受力后通过位于中心位置的柱体9将力传导至应变梁8，应变梁8上的电桥产生形变，电桥输出与对应的压力成正比的电信号，经检测该电信号即可知道传感器所受的压力值大小。
本实施例还提供一种压力传感器，其包括传感器本体，传感器本体包括采用上述方法制得的应变梁8，还包括外壳1和设置于外壳1内的弹性体3和六方引压嘴5，弹性体3设置于应变梁8的下侧，弹性体3位于六方引压嘴5的凸台处，弹性体3的内部设置有圆形岛4，弹性体3的上方安装有调理电路板2，调理电路板2与惠斯通电桥通过信号线连接，六方引压嘴5的外侧设有螺纹6。
上述六方引压嘴5的六方座内侧设置有应力隔离槽7，当安装传感器时，用板手套住六方引压嘴5用力拧紧螺纹6，这个过程中产生较大的应力不会传导至弹性体3和应变梁8（应力隔离槽7隔离该应力的传导），保障传感器最大限度地免受外界应力的影响；如果存在这种外界应力的影响，传感器可能产生较大的稳定性误差，影响测量精度。调理电路板2对输入的传感器信号进行调理，使传感器输出标准的模拟信号或数字信号，便于用户使用。
综合上述，本实施例至少具有以下有益效果：
本发明中应变梁芯体批量加工方法，在获得应变梁式芯体后，而生产出压力传感器。
本发明的优点一：在于发明的应变梁结构的使用，使得传感器的非线性、重复性、迟滞等精度可达0.05%以上；通过压力传感器（静态）检定规程计算，可得芯体的准确度，可以提高到0.05级。优点二：发明了小量程应变梁式芯体的批量生产工艺方案。优点三：通过该生产工艺，缩短了加工周期，减少了废料的产生，提升了成品率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种应变梁制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，准备一块金属或非金属板材，将其加工成4寸或8寸或12寸大小的尺寸，在其背面加工两个左右对称的凹槽，在加工凹槽时，根据传感器的量程大小预留应变梁膜片的厚度；
S2，对加工好凹槽的应变梁的上表面进行研磨和抛光；
S3，在研磨抛光后的应变梁的表面，沉积绝缘层、敏感层和焊盘层薄膜，并使用光刻技术制造惠斯通电桥图形；
S4，分割成单个应变梁；
S5，将应变梁连接到弹性体的上表面。
2.根据权利要求1所述的应变梁制造方法，其特征在于，所述S1步骤中，在加工凹槽时，左右两个凹槽与板材的边缘之间分别保留有一个柱体，两个凹槽之间同样保留有柱体，三个柱体与弹性体连接。
3.一种压力传感器，其特征在于，包括传感器本体，所述传感器本体包括应变梁，所述应变梁采用如权利要求1-2任意一个所述的方法制得的应变梁。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述传感器本体还包括外壳和设置于所述外壳内的弹性体和六方引压嘴，所述弹性体设置于所述应变梁的下侧，所述弹性体位于所述六方引压嘴的凸台处，所述弹性体的内部设置有圆形岛，所述弹性体的上方安装有调理电路板，所述调理电路板与所述惠斯通电桥通过信号线连接，所述六方引压嘴的外侧设有螺纹。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述六方引压嘴的六方座内侧设置有应力隔离槽。
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