CN116448309A - 一种耐高温注油式压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种耐高温注油式压力传感器，包括：压力测量部、感压部和散热管，其中压力测量部具有第一腔体，第一腔体的开口处封装有波纹感压膜片；感压部具有第二腔体，第二腔体内嵌设有感压芯片；散热管的两端分别连通第一腔体和第二腔体，散热管至少包括一段非直线部分；第一腔体、第二腔体和散热管内充满感压传递液。相较于现有的散热结构，本申请采用散热管能够取得更好的散热效果，并且沿散热管能够形成散热梯度，从而能够保护后端的感压芯片和无源元件，使得传感器能够适用于不超过300℃的高温环境。同时还具有低温漂、高灵敏度、高精度、高稳定、高可靠等优良特性，适用于食品、医药等行业的压力测量。

Description

一种耐高温注油式压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感技术，尤其涉及一种耐高温注油式压力传感器。

背景技术

普通注油式压力传感器由于其硅压阻芯片的工艺限制，一般工作温度区间适在-40℃～125℃，在补偿后的集成无源元件、补偿板工作温度区间还会进一步压缩。

针对高温(小于300℃的)工作环境的压力测量，常见结构是在压力接口前端增加散热装置，例如直接在卡盘后端加装散热叠片，增大散热面积，起到散热作用。

然而这种散热方式散热效果有限，同时未能形成散热梯度，其高温工作区间局限在150℃。同时，后端的热量主要由感压传递液传递，这种散热方式无法对感压介质进行有效散热，对后端感压芯片和集成无源元件、补偿板的降温保护作用较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温注油式压力传感器，以能够在高温介质的温度范围内工作，并且具有低温漂、高灵敏度、高精度、高稳定、高可靠等优良特性。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种耐高温注油式压力传感器，包括：压力测量部，其具有第一腔体，所述第一腔体的开口处封装有波纹感压膜片；感压部，其具有第二腔体，所述第二腔体内嵌设有感压芯片；以及散热管，所述散热管的两端分别连通所述第一腔体和所述第二腔体，所述散热管至少包括一段非直线部分；所述第一腔体、所述第二腔体和所述散热管内充满感压传递液。

在一实施例中，所述散热管至少包括一段螺旋部分。

在一实施例中，所述散热管的两端为直线段，中间为螺旋段，所述直线段与所述螺旋段同轴。

在一实施例中，所述散热管的材质为铜。

在一实施例中，所述散热管内径为0.6mm～1.5mm，外径为3mm～6mm。

在一实施例中，所述压力测量部包括卡盘，所述第一腔体设置于所述卡盘内，所述散热管穿过所述卡盘后与所述第一腔体连通；所述感压部包括基座和固定芯体座平台，所述第二腔体设置于所述基座的端面，所述感压芯片贴装于所述第二腔体内；所述固定芯体座平台与所述基座的端面连接并密封所述第二腔体；所述散热管穿过所述固定芯体座平台后与所述第二腔体连通；所述散热管外套设有套管，所述套管的一端与所述卡盘连接，所述套管的另一端与所述固定芯体座平台连接。

在一实施例中，所述第二腔体内设置有陶瓷座。

在一实施例中，所述基座内设置有可伐合金引针，所述感压芯片借助镀金导线与所述可伐合金引针连接。

在一实施例中，所述散热管两端通过钎焊与所述卡盘和固定芯体座平台连接。

在一实施例中，所述散热管通过所述卡盘上的第一焊接面和第二焊接面进行二次焊接；通过所述固定芯体平台上的第三焊接面和第四焊接面进行二次焊接。

本发明实施例的有益效果是：通过在压力测量部和感压部之间连接散热管，并对散热管的形状和材料进行设计，从而能够取得更好的散热效果，并且沿散热管能够形成散热梯度，从而能够保护后端感压芯片和集成无源元件，使得传感器能够适用于不超过300℃的温度范围，适用于食品、医药等行业的压力测量。

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。

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是本申请实施例的剖面示意图；

其中：1-卡盘；2-第一腔体；3-波纹感压膜片；4-第一焊接面；5-第二焊接面；6-导压孔；7-散热管；8-套管；9-第三焊接面；10-第五焊接面；11-第五四焊接面；12-镀金导线；13-基座；14-感压芯片；15-陶瓷座；16-第二腔体；17-固定芯体座平台；20-膜片焊接面；21-感压传递液；22-不锈钢珠；23-感压传递液；24-可伐合金引针。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，本实施例提供了一种耐高温注油式压力传感器，包括依序相连的压力测量部、散热管7和感压部。其中压力测量部内设置有第一腔体2，第一腔体2的开口处封装有波纹感压膜片3。感压部内开设有第二腔体16，第二腔体16内嵌设有感压芯片14。散热管7的两端分别连通第一腔体2和第二腔体16，第一腔体2、第二腔体16和散热管7内充满感压传递液21、23。

其中，散热管7至少包括一段非直线部分，以延长散热管长度，使感压传递液的散热路径更长，散热效果更好。非直线部分可以为各种形式的曲线段，例如圆弧段、S形段等。优选采用螺旋形，以保证感压传递液的顺畅自由流动，确保压力测量的精度。在本实施例中，散热管7的两端为直线段，中间为螺旋段，直线段与螺旋段同轴。两端设计为直线段便于与压力测量部和感压部进行连接。

散热管7的材质应具有良好的散热性能，优选采用金属材质，在本实施例中采用铜作为散热管材质。尺寸方面，散热管7的内部导压孔6直径优选为0.6mm～1.5mm，外径优选为3mm～6mm。散热管7的外部直接与空气等散热介质接触，因此可以将感压传递液23的热量散发。

相较于现有的不锈钢散热结构，本申请采用高精密螺旋散热管能够取得更好的散热效果，并且沿散热管能够形成散热梯度，从而能够保护后端感压芯片和集成无源元件，使得传感器能够适用于不超过300℃的温度范围。

在本实施例中，压力测量部包括卡盘1，第一腔体2设置于卡盘1内，散热管7穿过卡盘1中心后与第一腔体2连通。感压部则包括基座13和固定芯体座平台17，第二腔体16设置于基座13的端面，感压芯片14贴装于第二腔体16内；固定芯体座平台17与基座13的端面连接并实现对第二腔体16的密封。散热管7穿过固定芯体座平台17的中心后与第二腔体16连通。

进一步地，可在第二腔体16内设置陶瓷座15。陶瓷座15一方面能够保护并固定感压芯片14，另一方面能够占据一定的空间，减小感压传递液的填充量，从而降低感压传媒介质冷热膨胀引起的温度漂移，提高传感器的稳定性和精确性。

基座13内设置有可伐(KOVAR)合金引针，感压芯片14借助镀金导线12与可伐合金引针24连接，并通过可伐合金引针24将压力信号输出。

本传感器针对不同的连接部位分别采用激光焊和钎焊工艺，以保证整体结构的稳定性和密封性。

其中，散热管7两端通过钎焊工艺与卡盘1和固定芯体座平台17连接。为了保证连接的稳固性，散热管7通过卡盘1上的第一焊接面4和第二焊接面5进行两次焊接；通过固定芯体平台17上的第三焊接面9和第四焊接面11进行两次焊接。

具体钎焊时，可在卡盘1的第一焊接面4和第二焊接面5上分别开设环形钎焊槽；同样地，在固定芯体座平台的第三焊接面和第四焊接面也开设环形钎焊槽，槽深优选1-3mm，环形钎焊槽外径大于精密螺旋毛细铜管外径1-3mm。将钎料放入钎焊槽后，熔化钎料使其填充钎焊槽并与散热管7连接。

波纹感压膜片3采用激光焊接工艺焊接在卡盘1的膜片焊接面20上。散热管7外套设有套管8，套管8的一端与卡盘1激光焊接连接，套管8的另一端与固定芯体座平台17通过第五焊接面10钎焊连接。基座13和固定芯体座平台17之间采用激光焊接。

本传感器的安装过程为：

A、将感压芯片14贴装于基座13的第二腔体16内；

B、将陶瓷座15贴装于第二腔体16内，使其填充第二腔体16并固定感压芯片14；

C、通过镀金导线12将感压芯片14与可伐合金引针24电气连接；

D、采用激光焊接工艺波纹感压膜片3焊接在卡盘1上；

E、通过钎焊工艺将散热管7的竖直端依次与第一焊接面4、第二焊接面5焊接；

F、通过钎焊工艺将散热管7的竖直端依次与第三焊接面9、第四焊接面11焊接；

G、通过钎焊工艺将固定芯体座平台13的外圆面的第五焊接面与套管8焊接，套管8与卡盘1激光焊接；

H、将基座13与固定芯体座平台17采用激光焊接；

I、第二腔体16上开设有充油孔，利用真空充油技术通过充油孔向感压腔中注入感压传递液，并通过导压孔6充入第一填充腔，直至第一腔体2、第二腔体16、感压芯片14和陶瓷座15所有间隙完全充满感压传递液；

J、通过电阻焊技术将不锈钢珠与充油孔焊接以密封第二腔体，使得第一腔体2、第二腔体16、散热管7形成完全密封环境，从而实现压力传递，最后通过感压芯片14进行压力测量。

本传感器的工作过程为：

通过波纹感压膜片3获取外界压力变化，并将收到的压力变化量通过感压传递液21传递到感压芯片14上，感压芯片14检验到压力信号强度，并将压力信号转变为电信号，并将电信号传递给可伐合金引针24，最后将压力信号输出，实现对压力的检测。

综上所述，本实施例提供了一种耐高温注油式压力传感器，其在高温介质(小于300℃)温度范围内具有低温漂、高灵敏度、高精度、高稳定、高可靠等优良特性，实用性较高，适用于食品、医药等行业的压力测量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温注油式压力传感器，其特征在于，包括：

压力测量部，其具有第一腔体，所述第一腔体的开口处封装有波纹感压膜片；感压部，其具有第二腔体，所述第二腔体内嵌设有感压芯片；

以及

散热管，所述散热管的两端分别连通所述第一腔体和所述第二腔体，所述散热管至少包括一段非直线部分；

所述第一腔体、所述第二腔体和所述散热管内充满感压传递液。

2.根据权利要求1所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管至少包括一段螺旋部分。

3.根据权利要求2所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管的两端为直线段，中间为螺旋段，所述直线段与所述螺旋段同轴。

4.根据权利要求1所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管的材质为铜。

5.根据权利要求1所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管内径为0.6mm～1.5mm，外径为3mm～6mm。

6.根据权利要求1所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于：

所述压力测量部包括卡盘，所述第一腔体设置于所述卡盘内，所述散热管穿过所述卡盘后与所述第一腔体连通；

所述感压部包括基座和固定芯体座平台，所述第二腔体设置于所述基座的端面，所述感压芯片贴装于所述第二腔体内；所述固定芯体座平台与所述基座的端面连接并密封所述第二腔体；所述散热管穿过所述固定芯体座平台后与所述第二腔体连通；

所述散热管外套设有套管，所述套管的一端与所述卡盘连接，所述套管的另一端与所述固定芯体座平台连接。

7.根据权利要求6所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述第二腔体内设置有陶瓷座。

8.根据权利要求6所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述基座内设置有可伐合金引针，所述感压芯片借助镀金导线与所述可伐合金引针连接。

9.根据权利要求6所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管两端通过钎焊与所述卡盘和固定芯体座平台连接。

10.根据权利要求9所述的耐高温注油式压力传感器，其特征在于，所述散热管通过所述卡盘上的第一焊接面和第二焊接面进行二次焊接；通过所述固定芯体平台上的第三焊接面和第四焊接面进行二次焊接。