CN201754116U - 一种压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压力传感器，包括动极板、动作部、定引出电极、动引出电极以及固定设置的基座和定极板，基座和定极板之间形成动作区，所述动作部位于动作区内并设置于基座底部；所述动极板固定于动作部上并与定极板相向设置，待测压力的变化可改变动极板与定极板之间的距离；所述定极板和动极板均为绝缘体，并且定极板上朝向动极板的一侧设置有定极薄膜，动极板上朝向定极板的一侧设置有动极薄膜；所述定极薄膜与定引出电极电连接，动极薄膜与动引出电极电连接。该压力传感器结构简单，并且测量精度高。

Description

一种压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种压力传感器，尤其是一种电容式压力传感器。

背景技术

如今，各种传感器在日常生活中的作用日趋重要，特别是压力传感器，可广泛用于气压、血压等领域的测量，其中，电容式压力传感器是一种常用的压力传感器。其典型的结构包括一个检测极板和参考极板，通过检测极板在受压后相对移动导致的两极板间距变化，测量压力变化。

现有技术中公开了一种差动电容式传感器，就是在真空膜盒内安置一组平板电容器，其两个极片分别用金属棒与它对面的真空膜片相连接，在分别通过专门设计的密封绝缘子引出盒外。其结构比较复杂，而且加工工艺难度大，成品率低，成本高，精度低。

同时，现有技术中还公开了另一种结构的压力传感器，包括底座、固定于底座的气嘴、固定于底座的波纹片、与固定电极板大致平行放置的且焊接于波纹片的可动电极板，焊接于底座且与可动电极板有电气连接的可动电极板接线柱；为了与可动电极板保持一定距离而通过垫圈、固定柱、固定环、固定于底座的固定电极板、与固定电极板有电气连接的固定电极接线柱。该压力传感器的零部件太多，降低了传感器的可靠性，并且其精度较低。

实用新型内容

为了解决现有技术中的压力传感器的测量精度低的问题，本实用新型公开了一种压力传感器，其结构简单，并且测量精度高。

本实用新型公开的压力传感器包括动极板、动作部、定引出电极、动引出电极以及可相互固定设置的基座和定极板，基座和定极板之间形成动作区，所述动作部位于动作区内并设置于基座底部；所述动极板固定于动作部上并与定极板相向设置，待测压力的变化可改变动极板与定极板之间的距离；所述定极板和动极板均为绝缘体，并且定极板上朝向动极板的一侧设置有定极薄膜，动极板上朝向定极板的一侧设置有动极薄膜；所述定极薄膜与定引出电极电连接，动极薄膜与动引出电极电连接。

进一步的，所述动作部包括波纹膜片，所述波纹膜片与动极板连接。并且所述动作部还包括上板，所述上板固定于基座底部并与波纹膜片固定电连接，并且上板与波纹膜片之间形成气腔。

同时，为了便于使用，在基座上设置有中空的引压气嘴；所述引压气嘴内的引压通道贯通基座并与气腔连通。测量时，将引压气嘴与胶管连接，并连接至待测物即可。待测物压力变化可导致气腔内气压的变化，从而促使波纹膜片沿其轴向产生运动，进而带动动极板产生运动，改变动极薄膜与动极薄膜之间的距离，进而达到测量的目的。

根据本实用新型，所述波纹膜片和上板均为导体；并且所述动引出电极设置于上板上，所述动极薄膜与波纹膜片电连接。

安装时，可在波纹膜片上设置膜片凸起，所述动极板上具有可导电的焊盘，所述焊盘与膜片凸起固定电连接，并且焊盘与动极薄膜电连接。

并且，所述焊盘、定极薄膜和动极薄膜均为金属镀层；焊盘和动极薄膜分别位于动极板相对的两侧，并通过导线电连接，所述导线为金属镀层。将上述定极板和动极板采用绝缘材料，在定极板和动极板上电镀、化学镀、气相沉积或溅射上薄片状金属镀层，大大降低了金属层的厚度。

所述定引出电极固定设置于定极板上；所述基座上开设有电极引出槽，所述定引出电极和动引出电极从电极引出槽延伸出基座。

所述基座上设置有第一连接部，定极板上设置有第二连接部，第一连接部可与第二连接部固定连接，进而使基座和定极板固定起来。上述第一连接部和第二连接部可采用现有技术中常用的各种连接方式进行固定，例如可采用螺纹连接的方法进行配合作用。

所述基座上与上板邻接的一侧设置有内凹槽和外凹槽，所述内凹槽和外凹槽均被上板覆盖，并且，所述内凹槽环设于导压孔外围，所述外凹槽环设于上板边缘在基座上所对应的位置。

本实用新型采用了绝缘材料制作的基座固定所用金属部件，减少上下电极之间除极间法向电场外的其它电气耦合。同时，动极板放弃之前采用金属薄板的制作方式，而是采用电镀或化学镀等的方式在一片边缘为圆锥面的绝缘材料圆板上镀上一层导电金属薄膜，再经过激光蚀刻等蚀刻工艺将圆板圆周面上多余金属膜蚀刻掉，只留下一条很细的导线用于连接圆板上下两侧的金属薄膜这样就可以制作出比使用普通金属圆板薄15-30倍，使之极板的厚度相对两极板的间距可以忽略不计，从而极大减小边缘效应的影响，这样在不增加零件数目的前提下改善了传感器的精度。

基座中央部位外延出为引入待测气压的带外螺纹引压气嘴。基座底面有内凹槽和外凹槽，外凹槽的外径与气腔的外径相等，外径壁比内径壁高0.2-0.4mm，用于安装时定位气腔的位置，同时内凹槽和外凹槽可以增加粘合剂的驻留量以提高胶合力的作用。内凹槽的内径与上板的导压孔的半径相等，其作用也是提高粘接时的胶合力，同时保证气腔与基座安装时的气密性。

气腔由上板和下方的弹性波纹膜片通过导电金属粘合剂粘接构成，负责将由引压气嘴引入的外部压强均布作用在弹性波纹膜片上使其受压变形，由于气腔的空间相对于引压气嘴的管径不是很大，可以迅速的反应外部压强的变化，从而提高了传感器的动态特性。同时上板的边缘处沿半径方向外延出动极板的动引出电极，用于电气信号的连接于传感器安装时的位置固定。

附图说明

图1是本实用新型提供的压力传感器的主视图；

图2是本实用新型提供的压力传感器的俯视图；

图3是本实用新型提供的压力传感器的A-A向剖视图；

图4是本实用新型提供的压力传感器的基座的仰视图；

图5是本实用新型提供的压力传感器的动作区上板的俯视图；

图6是本实用新型提供的压力传感器的动作区上板的主视图；

图7是本实用新型提供的压力传感器的动极板的俯视图；

图8是本实用新型提供的压力传感器的动极板的主视图；

图9是本实用新型提供的压力传感器的定极板的俯视图；

图10是本实用新型提供的压力传感器的定极板的主视图；

其中，附图标记：1、基座；11、引压气嘴；12、内凹槽；13、外凹槽；14、第一连接部；15、电极引出槽；2、上板；21、动引出电极；22、导压孔；3、波纹膜片；31、膜片凸起；4、动极板；41、焊盘；42、导线；43、动极薄膜；5、定极板；51、第二连接部；52、定引出电极。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1、图2和图3示出了本实用新型公开的压力传感器的一种实施方式，该压力传感器包括：相对设置的基座1和定极板5，在上述基座1和定极板5之间形成动作区，该动作区内设置有动作部，动作部固定于基座1底部，具体的，该动作部包括固定连接的上板2和波纹膜片3。上板2固定于基座1底部。动极板4固定于波纹膜片3上并与定极板5相向设置。

其中，基座1的结构如图4所示。该基座1呈圆盘状，在基座1边缘对称分布有3个第一连接部14，并在基座1边缘开设有3个电极引出槽15，上述3个电极引出槽15也对称分布。作为等效的替换，本领域技术人员可根据需要增减该电极引出槽15的数量，如采用2个、4个或更多个电极引出槽15。在基座1中心部位设置有中空的引压气嘴11，引压气嘴11内的引压通道贯通基座1。

基座1上与上板2邻接的一侧设置有内凹槽12和外凹槽13，所述内凹槽12和外凹槽13均被上板2覆盖，并且，所述内凹槽12环设于引压气通道外围，所述外凹槽13环设于上板2边缘在基座1上所对应的位置。该内凹槽12和外凹槽13内可盛放粘结剂，提高基座1与上板2之间的粘结和密封性能。优选情况下，所述外凹槽13临近基座1边缘的一侧高于另一侧。并且内凹槽12临近引压通道的一侧高于另一侧。

上述压力传感器中的上板2结构如图5和图6所示。该上板2也为圆盘状导体。上板2中心开设有导压孔22，当上班安装到基座1底部时，该导压孔22与引压通道相连通。上板2边缘沿上板2的轴向延伸出动引出电极21。该动引出电极21的尺寸与基座1边缘的电极引出槽15的尺寸相匹配。

并且，上板2的尺寸能保证上板2安装到基座1底部后能完全覆盖基座1的内凹槽12和外凹槽13。优选情况下，当外凹槽13临近基座1边缘的一侧高于另一侧。并且内凹槽12临近引压通道的一侧高于另一侧时，上板2的内径与内凹槽12的外径相等，上板2的外径与外凹槽13的外径相等。

本实施方式中，动极板4的结构如图7和图8所示，该动极板4也可以为圆盘状，优选为圆台状，并采用绝缘材料，例如通过陶瓷烧结成型或塑胶注塑成型。动极板4上表面(直径较小的表面)化学镀有导体材质的焊盘41，动极板4的底面(直径较大的表面)化学镀有导体材质的动极薄膜43，并且动极板4上具有沿动极板4侧面电连接焊盘41与动极薄膜43的导线42。上述动极板4通过在其表面化学镀金属，然后将所需形成动极薄膜43、导线42和焊盘41以外的部分蚀刻掉即可。上述化学镀和蚀刻的工艺可采用现有技术中的方法进行。

另外，定极板5的结构如图9和图10所示，该定极板5也可以为圆盘状，并采用绝缘材料，例如通过陶瓷烧结成型或塑胶注塑成型。在定极板5边缘对称分布有3个第二连接部51，并在基座1边缘沿定极板5的轴向设置有2个定引出电极52。所述3个第二连接部51的分布与基座1上的3个第一连接部14相同，基座1和定极板5通过基座1上的第一连接部14和定极板5上的第二连接部51配合作用进行固定。具体的，第一连接部14具有螺纹，第二连接部51具有与该螺纹相匹配的孔和螺丝，采用该螺丝与螺纹的相互作用将基座1和定极板5固定。第二连接部51与第一连接部14相配合。

并且，2个定引出电极52的分布于基座1上3个电极引出槽15中的任意两个的分布相同，并可通过电极引出槽15延伸出基座1。该定引出电极52的尺寸与基座1边缘的电极引出槽15的尺寸相匹配。

本实用新型公开的压力传感器在基座1的内凹槽12和外凹槽13内填充有导电金属粘合剂，上板2通过该粘合剂贴合于基座1的底面，并使上板2的动引出电极21从基座1的一个电极引出槽15中伸出。上板2的导压孔22与基座1上的引压通道连通。

在上板2的底部固定有波纹膜片3，该波纹膜片3为导体，并且波纹膜片3的中央向下突出形成膜片凸起31。上板2和波纹膜片3之间形成可密封的气腔。上述动极板4的焊盘41与该波纹膜片3上的膜片凸起31固定电连接。波纹膜片3沿其轴向产生的震动可带动动极板4产生运动。

基座1和定极板5通过第一连接部14和第二连接部51的作用进行固定，在基座1和定极板5之间形成动作区，使定极板5上的定极薄膜位于动作区，并与动极薄膜43相对。同时，定极板5上的2个定引出电极52从基座1的另外两个电极引出槽15中伸出。使用时可将由基座1上的电极引出槽15引出的三条电极焊接在PCB线路板上与外围电路共同构成检测电路。

上述压力传感器的工作方式如下：

通过引压气嘴11与待测气体压力源进行连通，待测压力源压力的变化导致引压通道至气腔内的气压产生变化，从而促使波纹膜片3沿其轴向产生运动，进而使动极板4带动动极薄膜43运动，改变动极薄膜43与定极薄膜之间的距离。动极薄膜43与定极薄膜之间距离的改变使电容值产生变化，通过外围电路根据电容变化值的程度测定出压力的大小。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力传感器，包括动极板、动作部、定引出电极、动引出电极以及固定设置的基座和定极板，基座和定极板之间形成动作区，所述动作部位于动作区内并设置于基座底部；所述动极板固定于动作部上并与定极板相向设置，待测压力的变化可改变动极板与定极板之间的距离；

其特征在于：所述定极板和动极板均为绝缘体，并且定极板上朝向动极板的一侧设置有定极薄膜，动极板上朝向定极板的一侧设置有动极薄膜；所述定极薄膜与定引出电极电连接，动极薄膜与动引出电极电连接。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述动作部包括波纹膜片，所述波纹膜片与动极板连接。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述动作部还包括上板，所述上板固定于基座底部并与波纹膜片固定电连接，并且上板与波纹膜片之间形成气腔。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，在基座上设置有中空的引压气嘴；所述引压气嘴内的引压通道贯通基座并与气腔连通。

5.根据权利要求3或4所述的压力传感器，其特征在于，所述波纹膜片和上板均为导体；并且所述动引出电极设置于上板上，所述动极薄膜与波纹膜片电连接。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述波纹膜片具有膜片凸起，所述动极板上具有可导电的焊盘，所述焊盘与膜片凸起固定电连接，并且焊盘与动极薄膜电连接。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述焊盘、定极薄膜和动极薄膜均为金属镀层；焊盘和动极薄膜分别位于动极板相对的两侧，并通过导线电连接，所述导线为金属镀层。

8.根据权利要求1、2、3、4、6、7中任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述定引出电极固定设置于定极板上；所述基座上开设有电极引出槽，所述定引出电极和动引出电极从电极引出槽延伸出基座。

9.根据权利要求1、2、3、4、6、7中任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述基座上设置有第一连接部，定极板上设置有第二连接部，第一连接部可与第二连接部固定连接。

10.根据权利要求3、4、6、7中任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述基座上与上板邻接的一侧设置有内凹槽和外凹槽，所述内凹槽和外凹槽均被上板覆盖，并且，所述内凹槽环设于引压通道外围，所述外凹槽环设于上板边缘在基座上所对应的位置。

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