CN116147806A - 一种陶瓷压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力传感器，属于压力传感器技术领域，具体涉及一种陶瓷压力传感器，由膜片层、基体层和电路层构成；所述基体层设置于所述膜片层和所述电路层之间，所述电路层通过丝网印刷和SMT贴片技术安装于所述基体层上；所述电路层由信号调理电路和温度传感器组成；本发明传感器输出的信号支持多种，且各层采用八角形可以拼版生产，合理布局，较少地产生边角材料，在测量压力的同时测量温度，输出压力电压信号和温度电阻信号，此外通过相应的校准系统组对传感器进行批量调试和温度补偿，从而本发明减少了现有技术的生产流程和工艺，克服了现有技术的工艺一致性差，可靠性低的缺陷，极大程度上提高了生产装配速度，提高了信号检测的准确性。

Description

一种陶瓷压力传感器
技术领域
本发明公开了一种压力传感器，属于压力传感器技术领域，具体涉及一种陶瓷压力传感器。
背景技术
陶瓷是一种公认的抗腐蚀、耐磨损、抗冲击和抗振动的材料。陶瓷的热温度性及它的薄膜电阻可以使得它的工作温度范围达-40℃-+135℃，且在这温度范围内仍具有测量上的高精度、高稳定性，体积上的小巧和易封装，信号上的输出强、稳定性好等优点，从而在中国使用陶瓷传感器的市场份额呈稳步上升趋势。
现有技术的陶瓷传感器还存在一下问题：
1.输出信号差异：市场上也有其他平膜陶瓷传感器，区别在于，这些陶瓷平膜传感器只输出mV信号，如图1为现有技术的输出，mV信号输出在OUT+和OUT-上测得；
2.外形差异：外形上市场上大多为圆形，现有技术和工艺下：圆形生产时只能一只一只生产，生产和补偿效率低，边角材料较多浪费严重；
3.输出类型差异：现有陶瓷平膜传感器输出只有mV电压型号，如图2所示；
4.校准方式差异，传统压力传感器需要对每一压力传感器的惠斯通电桥进行修调，已达到电桥的平衡时输出信号及温度漂移在可使用范围内，这样会导致效率低；
5.使用方式差异：传统传感器需要配合外部电路才能实现变送器的应用，需要外置电路板，传感器和电路板之间需要引线或焊针链接，增加了部件、工作步骤、风险隐患，尺寸大，效率低，可靠性低；
综上问题可以看出，非常有必要一款传感器解决上述问题。
发明内容
发明目的：提供一种陶瓷压力传感器，解决上述提到的问题。
技术方案：一种陶瓷压力传感器，由膜片层、基体层和电路层构成；所述基体层设置于所述膜片层和所述电路层之间，所述电路层通过丝网印刷和SMT贴片技术安装于所述基体层上；
所述电路层由电路板和设置于所述电路板上的温度模块组成。
在进一步的实施例中，所述压力模块由膜片层中的惠斯通电桥和和电路层中的集成电路IC构成；
所述惠斯通电桥的输出正端和输出负端分别与所述集成电路IC的输入正端和输入负端连接，所述惠斯通电桥的电源正端和电源负端分别与所述输出集成电路IC的电源正端和电源负端连接，所述输出集成电路IC的Vout端测得电压信号、PWM端测得PWM信号、4-20mA端测得电流信号、SCL和SDA端测得IIC信号。
在进一步的实施例中，所述膜片层、基体层和电路层的表面形状均为大小相同的八角形。
在进一步的实施例中，所述电路板的背部设有温度模块，所述电路层中的压力模块测量压力的同时所述温度模块测量温度，并输出两类信号：压力电压信号和温度电阻信号。
在进一步的实施例中，所述压力模块和所述温度模块外接调理电路，所述调理电路的Vout端输入测得压力电压信号、NTC端输入测得相应温度下的电阻值。
在进一步的实施例中，所述压力模块由压力传感器和集成电路构成，所述温度模块由温度传感器构成。
在进一步的实施例中，通过相应的校准系统对压力传感器和温度传感器进行批量调试和温度补偿。
有益效果：本发明公开了一种压力传感器，属于压力传感器技术领域，具体涉及一种陶瓷压力传感器；本发明相较于现有技术的陶瓷传感器具有以下优点：
1.本发明传感器可直接输出所需的标准信号，不用借助额外的调理电路：0.5-4.5v，4-20mA,IIC，PWM等标准信号；以传感器和数字调理芯片电路为核心将二者融合于一体，无需额外的电路即可实现从物理量的测量到信号转换的过程，同时兼具模拟量输出和数字量输出以及低功耗等特性。
2.膜片层、基体层和电路层的表面形状均为八角形，形状特点鲜明可以拼版生产，合理布局，较少地产生边角材料，而且一次性生产9只，效率高，为圆形生产量的9倍；
3.传感器除了输出压力传感器外在背面印刷层加了温度传感器，在测量压力的同时测量温度，输出压力电压信号和温度电阻信号；
4.本发明传感器无需对单个传感器进行修调，通过单片机组对传感器进行批量调试和温度补偿，单次扩展512只，生产效率远远大于传统传感器；
5.本发明陶瓷传感器电路板结构中，安装通过丝网印刷技术印刷电路和SMT贴片元器件，从而使电路板和基体合二为一，无须额外设计相应电路，再对电路板进行螺钉拧紧或电锡焊接，减少了现有技术的生产流程和工艺，克服了现有技术的工艺一致性差，可靠性低的缺陷，极大程度上提高了生产装配速度，提高了信号检测的准确性，也能实现规模化生产的需求。我方的电路层完全契合在基体层上。
附图说明
图1是现有技术中其他平膜陶瓷传感器输出信号示意图。
图2是现有技术中陶瓷平膜传感器输出只有mV电压信号示意图。
图3是本发明的传感器输出信号示意图。
图4是本发明的输出压力电压信号和温度电阻信号示意图。
图5是本发明的陶瓷传感器电路板结构示意图。
图6是本发明的电路层示意图。
附图标记：
膜片层3、基体层2、电路层1、压力传感器4、温度传感器5。
注释:
Vout为电压输出、Vcc为电源正输入、NTC为热敏电阻、GND为电源负输入。
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，显然，所描述的实施例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。
一种陶瓷压力传感器，由膜片层3、基体层2和电路层1构成；所述基体层2设置于所述膜片层3和所述电路层1之间，所述电路层1通过丝网印刷和SMT贴片安装于所述基体层2上；
所述电路层1由电路板和设置于所述电路板上的温度模块组成。
在一个实施例中，所述压力模块由惠斯通电桥和和集成电路IC构成；
所述惠斯通电桥的输出正端和输出负端分别与所述集成电路IC的输入正端和输入负端连接，所述惠斯通电桥的电源正端和电源负端分别与所述集成电路IC的电源正端和电源负端连接，所述集成电路IC的Vout端测得电压信号、PWM端测得PWM信号、4-20mA端测得电流信号、SCL和SDA端测得IIC信号。
在一个实施例中，所述膜片层3、基体层2和电路层1的表面形状均为大小相同的八角形。
在一个实施例中，所述电路板的背部设有温度模块，所述电路层1中的压力模块测量压力的同时所述温度模块测量温度，并输出两类信号：压力电压信号和温度电阻信号。
在一个实施例中，所述压力模块和所述温度模块外接调理电路，所述调理电路的Vout端输入测得压力电压信号、NTC端输入测得相应温度下的电阻值。
在一个实施例中，所述压力模块由压力传感器4和集成电路IC构成，所述温度模块由温度传感器5构成。
在一个实施例中，通过相应的校准系统对压力传感器4和温度传感器5进行批量调试和温度补偿。
为了更清楚地说明本申请，下面对本申请的实施范例或现有技术描述中所需要使用的例图做简单地展示。由此可见，本案例所设计的传感器电路板连接结构，与现有的技术相比，工艺更简单，无需在电路板定位和焊接过程中再花费较长的时间。而且所涉及的焊接工艺可通过成熟的工艺实现，与人工因素无关，可显著地提高工艺的一致性。
实施例1：
本发明陶瓷传感器相较于市场上的其他平膜陶瓷传感器，区别在于输出信号差异这些陶瓷平膜传感器只输出mV信号，我们输出的信号支持多种：0.5-4.5v，4-20mA,IIC，PWM等标准信号；图1为现有技术的输出，mV信号输出在OUT+和OUT-上测得；
图3为本发明的输出，Vout端测得电压信号；PWM端测得PWM信号；4-20mA端测得电流信号；SCL和SDA端测得IIC信号：
实施例2：
本发明陶瓷传感器相较于市场上的其他平膜陶瓷传感器，区别在于外形差异及优势，外形上市场上大多为圆形，本发明的陶瓷传感器是八角形，其中膜片层3、基体层2和电路层1均为八角形，形状特点鲜明；
现有技术和工艺下：圆形生产时只能一只一只生产，生产和补偿效率低，边角材料较多浪费严重；
本发明的技术和工艺下：八角形，可以拼版生产，合理布局，较少地产生边角材料，而且一次性生产9只，效率高，为圆形生产9倍；
实施例3：
本发明陶瓷传感器相较于市场上的其他平膜陶瓷传感器，区别在于输出类型差异，现有陶瓷平膜传感器输出只有mV电压型号，见图2；
而本发明传感器除了输出压力传感器4外在背面印刷层加了温度传感器5，在测量压力的同时测量温度，输出两类信号：压力电压信号和温度电阻信号。见图4，Vout端测得压力电压信号；NTC端测得相应温度下的电阻值，可换算成相应的温度。
实施例4：
本发明陶瓷传感器相较于市场上的其他平膜陶瓷传感器，区别在于校准方式不同：
传统压力传感器4需要对每一压力传感器4的惠斯通电桥进行修调，已达到电桥的平衡使输出信号及温度漂移在可使用范围内；
本发明温压一体压力变送器无需对单个传感器进行修调，通过单片机组对传感器进行批量调试和温度补偿，单次扩展512只，生产效率远远大于传统传感器。
实施例5：
本发明陶瓷传感器相较于市场上的其他平膜陶瓷传感器，区别在于使用方式不同；传统传感器需要配合外部电路才能实现变送器的应用，需要外置电路板，传感器和电路板之间需要引线和焊针链接，增加了部件、工作步骤、风险隐患，尺寸大，效率低，可靠性低；而本申请的是传感器和变送器融合一体，没有中间部件，效率高、体积小、成本低；
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电路板和陶瓷基体连接结构，由膜片层3、基体层2和电路层1构成；所述基体层2设置于所述膜片层3和所述电路层1之间，所述电路层1通过丝网印刷安装于所述基体层2上；其工艺一致性、可靠性明显提高，能够使信号检测更准确。
本申请提供的一种陶瓷传感器电路板结构中，安装通过丝网印刷技术印刷电路和SMT贴片，从而使电路板和基体合二为一，无须对电路板进行螺钉拧紧或电锡焊接，减少了现有技术的生产流程和工艺，克服了现有技术的工艺一致性差，可靠性低的缺陷，极大程度上提高了生产装配速度，提高了信号检测的准确性，也能实现规模化生产的需求。如图5所示，本发明的电路层1完全契合在基体层2上，摆脱了外在电路带来的体积负担，使得整个变送器形成一个独立模块。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种陶瓷压力传感器，其特征在于，由膜片层、基体层和电路层构成；所述基体层设置于所述膜片层和所述电路层之间，所述电路层通过丝网印刷和SMT贴片技术安装于所述基体层上；
所述电路层由电路板和设置于所述电路板上的温度模块组成。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，所述压力模块由膜片层里的惠斯通电桥和和电路层里的集成电路IC构成；
所述惠斯通电桥的输出正端和输出负端分别与所述集成电路IC的输入正端和输入负端连接，所述惠斯通电桥的电源正端和电源负端分别与所述集成电路IC的电源正端和电源负端连接，所述集成电路IC的Vout端测得电压信号、PWM端测得PWM信号、4-20mA端测得电流信号、SCL和SDA端测得IIC信号。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，所述膜片层、基体层和电路层的表面形状均为大小相同的八角形。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，所述电路板的背部设有温度模块，所述电路层中的压力模块测量压力的同时所述温度模块测量温度，并输出两类信号：压力电压信号和温度电阻信号。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，所述压力模块和所述温度模块外接调理电路，所述调理电路的Vout端输入测得压力电压信号、NTC端输入测得相应温度下的电阻值。
6.根据权利要求4所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，所述压力模块由压力传感器和集成电路构成，所述温度模块由温度传感器构成。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷压力传感器，其特征在于，通过相应的校准系统对压力传感器和温度传感器进行批量调试和温度补偿。
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