CN117782408A - 一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硅压阻压力传感器技术领域，涉及一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，包括前基体和后基体，在前基体上软钎焊有陶瓷膜片；在后基体中安装有引压管、绝缘内衬、陶瓷底座、硅片及多根可伐管脚；绝缘内衬采用热缩冷胀材料制成；后基体上预留有陶瓷膜片的形变空间，依据不同的量程，采用不同大小的形变空间。陶瓷膜片采用软钎焊这种柔性固定的方式，能够弥补陶瓷本身因刚度大，不易变形所导致传导力的损失；并且使用薄膜形陶瓷膜片，便于陶瓷膜片变形，从而达到传力的目的；陶瓷材质接液，可以耐受多种介质；本发明依靠陶瓷材质，摈除了传统金属膜片可能随着时间产生蠕变的可能，可以保证在长期使用中的一致性及稳定性。
Description
技术领域
本发明属于硅压阻压力传感器技术领域，具体涉及一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器及其制备方法。
背景技术
传统的硅压阻压力传感器是采用金属膜片作为接液材质，主要是因为金属的刚度小，可以将测量介质的压力尽可能无损的传递到硅片上，并且金属加工成本低，便于加工等原因。但是因为金属本身材料特性所造成的局限，即使采用钛合金、钽合金、哈氏合金等特殊材料，也不能避免只能针对某些特定场合来使用。甚至某些特殊场景是无法满足或者只能有限时间使用的，甚至如果液体中有杂质或者颗粒，更会加速膜片的老化，造成产品寿命大大降低。并且随着膜片与液体的接触、反应，产品的测量精度因为应力的改变也会发生改变，这会造成新装的产品可能就开始几个月精度是准确的，之后精度就开始发生变化。并且这种变化是不定的，是无法预估的，这样会给实际生产应用中带来很多问题。不光因为频繁的更换及维护影响生产效率，更带来了大量的经济损失。当然，针对这种情况也有陶瓷电容式的压力传感器，但是与硅压阻传感器相比，这种传感器的精度往往较低，不能满足实际应用中的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器及其制备方法，解决了硅压阻式传感器采用金属膜片存在的膜片易老化，精度低的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，包括前基体和后基体，在前基体上软钎焊有陶瓷膜片；
在后基体中安装有引压管、绝缘内衬、陶瓷底座、硅片及多根可伐管脚；绝缘内衬采用热缩冷胀材料制成；
后基体上预留有陶瓷膜片的形变空间，依据不同的量程，采用不同大小的形变空间；
可伐管脚焊接在后基体上，引压管钎焊在后基体上，陶瓷底座粘接在后基体中，硅片粘结在陶瓷底座上，绝缘内衬粘接在后基体中，硅片与可伐管脚通过金线连接。
进一步，陶瓷膜片采用了平膜片结构。
进一步，在前基体上预制有变形腔体，陶瓷膜片安装在变形腔体内。
进一步，在陶瓷膜片外圈安装有L型的密封圈，该密封圈贴合陶瓷膜片外缘及部分前基体。
进一步，引压管设置在后基体的中心，可伐管脚设有多根；可伐管脚圆周阵列排布在引压管周围。
进一步，在后基体上预制有充油管。
进一步，前基体和后基体通过激光焊接的方式固定。
本发明还公开了所述的硅压阻式传感器的制备方法，包括以下过程：
将可伐管脚与后基体通过玻璃烧结的方式固定，然后用钎焊的方式将引压管与后基体焊接，构成后基座；
将陶瓷底座与后基体进行粘接，将硅片粘接在陶瓷底座上，并将绝缘内衬与后基体进行粘接；
粘接完成后将硅片与可伐管脚用金线连接；
将前基体与陶瓷膜片通过软钎焊的方式固定，构成前基座；
将前基座和后基座通过激光焊接的方式固定，最后向后基座内部灌充硅油。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的目的在于提供一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，采用陶瓷膜片代替金属膜片，以前采用金属膜片是因为金属的刚度小，传力效果好，并且易于加工。而陶瓷材料因为本身刚度较大，传力效果差，并且不便加工成薄膜形状，所以一般不会想到使用陶瓷膜片，陶瓷膜片采用软钎焊这种柔性固定的方式，钎料刚度小，弹性模量大，能够弥补陶瓷本身因刚度大，不易变形所导致传导力的损失；并且使用薄膜形陶瓷膜片，便于陶瓷膜片变形，从而达到传力的目的，并且根据不同量程，采用不同的内部支撑尺寸，保证陶瓷膜片不会因为应力过大而损坏。
陶瓷材质接液，可以耐受多种介质，可以在含有各种沙石、杂质的气液中使用，并保证产品寿命。
本发明依靠陶瓷材质，摈除了传统金属膜片可能随着时间产生蠕变的可能，可以保证在长期使用中的一致性及稳定性。
后基体中的绝缘内衬采用热缩冷胀材料，是一种新型材料，可以在硅油因温度变化产品体积变化的时候，通过自身热缩冷胀的特性，补充硅油因温度变化而产生的体积变化，从而保证硅片所受的应力不变，达到稳定零点，提高精度的目的。
进一步，本发明陶瓷膜片采用了平膜片结构，可以降低膜片表面结垢、纳污等问题的可能性，降低了维修概率，延长了使用寿命。
进一步，本发明采用了多种焊接结构，例如可伐引脚采用玻璃烧结焊接，是为了保证相同的热膨胀系数，从而防止产品开裂，陶瓷基体与引压管采用钎焊是为了保证焊接强度。硅片使用胶粘是为了避免产生粘接应力，导致芯片零点变动。综上所述，多种焊接结构的组合形式，可以满足不同温度，不同应力下的使用，并且保证产品的精度及耐用性。
附图说明
图1为本发明的一种陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器的立体结构示意图；
图2是本发明的正视结构示意图；
图3是本发明的剖视结构示意图；
图4是本发明的另一剖视结构示意图；
图5是本发明的特殊焊接结构示意图；
图6是本发明的另一种密封结构示意图。
其中：1、前基体；2、后基体；3、可伐管脚；4、引压管；5、充油管，6、陶瓷底座；7、硅片；8、金丝；9、绝缘内衬；10、陶瓷膜片；11、钎焊位；12、玻璃烧结位；13、胶水粘接位；14、密封圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
遵从上述技术方案，如图1至图3所示，本发明公开了一种陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，在陶瓷膜片10及装配工艺方法的保证下，保证了产品的精度和适用性，满足了多种情况下的易用性，达到降本增效的目的。
如图1-图5所示，本发明公开了一种陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，包括前基体1和后基体2，在前基体1上钎焊有陶瓷膜片10；在后基体2中安装有引压管4、绝缘内衬9、陶瓷底座6、硅片7及多根可伐管脚3；绝缘内衬9采用热缩冷胀材料制成；
可伐管脚3焊接在后基体2上，引压管4钎焊在后基体2上，陶瓷底座6粘接在后基体2中，硅片7粘结在陶瓷底座6上，绝缘内衬9粘接在后基体2中，硅片7与可伐管脚3通过金线连接。
后基体2上预留有陶瓷膜片10的形变空间，依据不同的量程，采用不同大小的形变空间，可以在满足测量需求的前提下，保证膜片不会因为压力不同引发变形量不同而造成破损及破坏。
陶瓷膜片10厚度也与测量量程有关，大压力下，会选取厚度较大的陶瓷膜片10，以免压力过大，破坏膜片，小压力下，会选取厚度较小的陶瓷膜片10，从而保证传感器的灵敏度。
如图1所示，引压管4设有一根，可伐管脚3设有六根，可伐管脚3圆周阵列排布在引压管4周围。
陶瓷膜片10通过钎焊的方式焊接在前基体1上，保证前基体1的密封性及接液部分均为陶瓷材质，从而达到使产品满足各种工况环境以及抗蠕变等特质。
如图3和图5所示，都标注出了钎焊位11。
可伐管脚3通过玻璃烧结的方式焊接在后基体2上，之后再将引压管4通过钎焊的方式焊接在后基体2上，将陶瓷底座6通过粘接的方式粘接在后基体2上，将硅片7粘接在陶瓷底座6上，将绝缘内衬9粘接在后基体2上，最后将硅片7与可伐管脚3通过金线8的方式连接在一起保证电气连接。
如图3、图5及图6所示，都标注出了玻璃烧结位12和胶水粘接位13。
如图2所示，在前基体1上预制有变形腔体，陶瓷膜片10安装在变形腔体内，陶瓷膜片10安装处设有密封圈14，保证接液部分均为陶瓷或氟橡胶等耐腐蚀材质。
如图6所示，为另外一种密封结构，在陶瓷膜片10外圈安装有L型的密封圈14，密封圈14贴合陶瓷外缘及部分前基体1，这种密封圈14拥有更长的密封距离，可以保证大压力的情况下依然有良好的密封效果。
所述的硅压阻式传感器的制备方法，包括以下过程：
将可伐管脚3与后基体2通过玻璃烧结的方式固定在一起，然后用钎焊的方式将引压管4与后基体2焊接在一起，构成一个完整的后基座；
将陶瓷底座6与后基体2进行粘接，将硅片7粘接在陶瓷底座6上，并将绝缘内衬9与后基体2进行粘接；
粘接完成后将硅片7与可伐管脚3用金线连接；
将前基体1与陶瓷膜片10通过软钎焊的方式固定，构成一个完整的前基座；
将完整的前基座和后基座通过激光焊接的方式固定，最后向后基座内部灌充硅油，最后用销钉封堵住充油管5。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，包括前基体(1)和后基体(2)，在前基体(1)上软钎焊有陶瓷膜片(10)；
在后基体(2)中安装有引压管(4)、绝缘内衬(9)、陶瓷底座(6)、硅片(7)及可伐管脚(3)；绝缘内衬(9)采用热缩冷胀材料制成；
后基体(2)上预留有陶瓷膜片(10)的形变空间，依据不同的量程，采用不同大小的形变空间；
可伐管脚(3)焊接在后基体(2)上，引压管(4)钎焊在后基体(2)上，陶瓷底座(6)粘接在后基体(2)中，硅片(7)粘结在陶瓷底座(6)上，绝缘内衬(9)粘接在后基体(2)中，硅片(7)与可伐管脚(3)通过金线连接。
2.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，陶瓷膜片(10)采用了平膜片结构。
3.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，在前基体(1)上预制有变形腔体，陶瓷膜片(10)安装在变形腔体内。
4.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，在陶瓷膜片(10)外圈安装有L型的密封圈(14)，该密封圈(14)贴合陶瓷膜片(10)外缘及部分前基体(1)。
5.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，引压管(4)设置在后基体(2)的中心，可伐管脚(3)设有多根；可伐管脚(3)圆周阵列排布在引压管(4)周围。
6.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，在后基体(2)上预制有充油管(5)。
7.根据权利要求1所述的一种以陶瓷作为膜片的硅压阻式传感器，其特征在于，前基体(1)和后基体(2)通过激光焊接的方式固定。
8.权利要求1-7任意一项所述的硅压阻式传感器的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
将可伐管脚(3)与后基体(2)通过玻璃烧结的方式固定，然后用钎焊的方式将引压管(4)与后基体(2)焊接，构成后基座；
将陶瓷底座(6)与后基体(2)进行粘接，将硅片(7)粘接在陶瓷底座(6)上，并将绝缘内衬(9)与后基体(2)进行粘接；
粘接完成后将硅片(7)与可伐管脚(3)用金线连接；
将前基体(1)与陶瓷膜片(10)通过软钎焊的方式固定，构成前基座；
将前基座和后基座通过激光焊接的方式固定，最后向后基座内部灌充硅油。
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