CN201382829Y - 蓝宝石压力传感器 - Google Patents

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Inventor
王冬
刘侃
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Hefei Jiadong Technology Co., Ltd.
Original Assignee
Unioriental Optics Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种蓝宝石压力传感器，其内部设置有硅－蓝宝石敏感元件，该敏感元件由蓝宝石层和硅层组成，所述硅层的厚度至少为0.5微米。该硅－蓝宝石敏感元件包括印制在蓝宝石薄片上的异质外延性应变灵敏电桥电路。传感器的灵敏度和重复性得以提高，且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

Description

蓝宝石压力传感器
技术领域
本实用新型涉及一种压力传感器，具体地说涉及一种蓝宝石压力传感器。
背景技术
蓝宝石是单晶体铝氧化物，是氧化物晶体中最硬的，它具有十分优良的耐高温性(1000℃以内)、化学惰性、电敏感性、光学性和绝缘性能。其晶体是在密封的状态下有控制地生长而成的，其原理是利用自身原子外延的方式形成纯净的单晶结构。
蓝宝石是目前制备传感器敏感元件的常用材料之一，因此，其质量往往直接影响了传感器的性能。
目前蓝宝石的生长主要以下降法和泡生法为主，此类生长工艺在其材料性能等方面有很多的不足，如材料内部散射点过多，气泡较多等，严重影响了使用蓝宝石制作的传感器的灵敏度及性能的重复性等。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种蓝宝石压力传感器，以提高传感器的灵敏度和重复性。
为了实现上述目的，本实用新型提供的蓝宝石压力传感器，其内部设置有硅-蓝宝石敏感元件，硅-蓝宝石敏感元件由蓝宝石层和硅层组成，所述硅层的厚度至少为0.5微米，该硅-蓝宝石敏感元件包括印制在蓝宝石薄片上的异质外延性应变灵敏电桥电路。
本实用新型的效果是可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
附图说明
图1为本实用新型采用的硅-蓝宝石敏感元件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，采用蓝宝石材料作为衬体1，在其上形成极薄的单晶体硅层2制作成硅-蓝宝石，该单晶体硅层的厚度在0.5-2微米之间。使用该硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
在此，以公知的表压压力传感器和变送器为例，作进一步说明。表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。蓝宝石薄片上印制有异质外延性应变灵敏电桥电路，将其焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。由于表压压力传感器和送变器为公知结构，本实用新型不对其做详细描述，也不推荐附图。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出(0-5，4-20mA或0-5V)。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。
本实用新型的蓝宝石压力传感器与目前常见的产品相比较，其比较结果如表1所示：
表1  各种压力传感器原理性能特点比较
  工艺名称   优点   缺点
  扩散硅   1.精度(线性、重复性、滞后性)优于其它产品2.压力量程的局限性，小量程或绝压优于其它类型产品   1.低于0℃高于40℃后，温度稳定性性能有大幅度降低2.不能承受动态压力3.膜片易损坏、温度漂移大
  厚膜陶瓷   1.成本最低2.抗腐蚀性好3.使用范围较扩散硅宽   1.不稳定2.压力下降时，回零难3.精度差，膜片易碎
  应变片   1.成本低2.成熟胶粘工艺   1.靠手工生产，离散性大2.由胶引起的时漂大稳定性差
  电容式   1.工艺成熟2.稳定性较好3.过载能力强、抗腐蚀性好   1.体积大2.成本高3.不易安装
  石英   1.稳定性好2.温度范围宽3.温度漂移小   1.成本高2.易碎3.国内没有此工艺生产的厂家
  溅射薄膜   1.精度高2.温度漂移小3.体积小、量程范围宽   1.成本高2.不适合做小量程和压差测量
  硅蓝宝石   1.温度范围宽2.测量范围宽3.体积小、重量轻4.抗腐蚀性好、抗辐射性好   1.成本高2.工艺复杂3.硅蓝宝石感应片需进口4.国内产品质量不稳定
本实用新型采用的硅-蓝宝石敏感元件是均质单晶体结构，其弹性模量超过不锈钢，但和不锈钢相比不存在滞后效应，其结构形式不但有长期稳定性和高重复性，还能在高温条件下运行，同时也可制作成各种式样。
硅-蓝宝石压力传感器可工作在450℃下，其硬度是碳化钨的5倍，并具有杰出的抗腐蚀性，这些优良性能决定其具有广泛的应用领域：
＊喷气式发动机的试验
＊温度在350℃以下的过程压力监控
＊军用车辆和飞机(长期稳定性意味着对生命的保护)
＊石油和天然气钻井勘探
＊塑料挤压加工(熔化物压力测量)
＊高温条件下要求稳定的工况
＊高精度压力传感
＊军事国防领域高温高压测量

Claims (2)

1、一种蓝宝石压力传感器，内部设置有硅-蓝宝石敏感元件，其特征在于，所述硅-蓝宝石敏感元件由蓝宝石层和硅层组成，所述硅层的厚度至少为0.5微米。
2、如权利要求1所述的蓝宝石压力传感器，其特征在于，硅-蓝宝石敏感元件包括印制在蓝宝石薄片上的异质外延性应变灵敏电桥电路。
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GR01 Patent grant
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Assignee: Hefei Jiadong Technology Co., Ltd.

Assignor: Unioriental Optics Co., Ltd.

Contract record no.: 2012340000173

Denomination of utility model: Sapphire pressure sensor beam with gold Germanium isolation braze joint

Granted publication date: 20100113

License type: Exclusive License

Record date: 20120528

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: HEFEI UNIORIENTAL OPTICS CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: UNIORIENTAL OPTICS CO., LTD.

Effective date: 20121219

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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100027 CHAOYANG, BEIJING TO: 231202 HEFEI, ANHUI PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20121219

Address after: 231202 Anhui city of Hefei Province Economic and Technological Development Zone Pearl Plaza Building 3

Patentee after: Hefei Jiadong Technology Co., Ltd.

Address before: 100027 Beijing city Chaoyang District East Third Ring Road No. 2, room B908, Tianyuan port c

Patentee before: Unioriental Optics Co., Ltd.

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