CN204679199U - 分体式溅射薄膜压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分体式溅射薄膜压力传感器，其中，敏感元件包括一个具有弹性的杯状本体，杯状本体的闭口端外端面上设有溅射而成的合金薄膜，合金薄膜上设有光刻而成的圆膜式应变片，圆膜式应变片与信号调理电路板连接，杯状本体的开口端与引压腔体的内端连接，引压腔体与封装外壳通过安装螺栓连接，封装外壳与组合插座连接，信号调理电路板通过“S”形弹簧式接触片与组合插座的内端接触，信号调理电路板通过电路板支撑垫圈安装于安装螺栓上。本实用新型通过采用光刻的圆膜式应变片作为应变元件并与敏感元件的杯状本体形成固化结构，提高了压力传感器的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种压力传感器，尤其涉及一种分体式溅射薄膜压力传感器。
背景技术
测量气体或液体压力时，传统的压力传感器采用的是整体结构式应变压力传感器，它由引压腔体、弹性盲孔元膜片和封装外壳连为一体的整体式结构，并在弹性盲孔元膜片表面用粘接胶粘贴应变计、焊接引线插座而组成。其工作原理是：介质压力通过引压腔体将压力加至内部弹性盲孔元膜片上，元膜片受力弯曲变形，膜片另一面粘贴的应变计产生径向和周向应变，通过组成的惠斯通电桥，将应变转换成正比例变化的电信号输出，从而实现对介质压力的测量。
这种连为一体的整体结构式压力传感器的敏感膜片为内置盲孔式，敏感膜片与引压部分为整体结构并嵌入在外壳内部，需要一块整体材料切削加工而成，材料浪费较多，加工成本高，加工难度大，膜片加工精度难以控制，不易于在磨床加工及研磨处理，不易于敏感元件的制成以及工艺的改进，无法采用目前先进的MEMS技术制作工艺，不易于实现传感器的批量生产，而且内置弹性元膜片的厚度、厚度的一致性及形位公差很难控制，这严重影响了传感器最重要的线性指标；传感器的敏感元件必须依赖粘接胶粘贴应变计制成，致使最终性能对机械加工和对人工制作的工艺过程具有较大的依耐性，粘接胶的使用使得传感器敏感元件对周围环境的影响比较敏感，稳定性和可靠性较低，特别是当环境温度过高或过低时，传感器的性能将受到严重影响甚至失效。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种分体式溅射薄膜压力传感器。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
一种分体式溅射薄膜压力传感器，包括引压腔体、敏感元件、信号调理电路板、封装外壳和组合插座，所述引压腔体与所述敏感元件的压力感应端连接，所述敏感元件的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端连接，所述信号调理电路板的信号输出端与所述组合插座的内端连接；所述敏感元件包括一个具有弹性的杯状本体，所述杯状本体的闭口端外端面上设有溅射而成的合金薄膜，所述合金薄膜上设有光刻而成的圆膜式应变片，所述圆膜式应变片的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端连接，所述杯状本体的开口端与所述引压腔体的内端连接且与所述引压腔体的引压孔相通，所述分体式溅射薄膜压力传感器还包括安装螺栓、电路板支撑垫圈和“S”形弹簧式接触片，所述引压腔体与所述封装外壳的第一端之间通过所述安装螺栓连接，所述封装外壳的第二端与所述组合插座连接，所述信号调理电路板的信号输出端与所述“S”形弹簧式接触片的一端连接，所述“S”形弹簧式接触片的另一端与所述组合插座的内端接触，所述信号调理电路板通过所述电路板支撑垫圈安装于所述安装螺栓上，所述敏感元件、所述电路板支撑垫圈、所述信号调理电路板和所述“S”形弹簧式接触片均置于所述封装外壳内。
具体地，所述引压腔体的内端设有定位空心圆柱，所述定位空心圆柱的圆周外形成外径依次增大的第一引压腔体环形平台和第二引压腔体环形平台，所述敏感元件的杯状本体的开口端套装于所述定位空心圆柱上且其开口端端面焊接于所述第一引压腔体环形平台上，所述安装螺栓套装于所述引压腔体的内端且所述安装螺栓的第一端端面焊接于所述第二引压腔体环形平台上；所述安装螺栓的第二端端面设有外径依次增大的第一安装螺栓环形平台和第二安装螺栓环形平台，所述电路板支撑垫圈的一端端面置于所述第一安装螺栓环形平台上，所述封装外壳的一端端面焊接于所述第二安装螺栓环形平台上，所述信号调理电路板粘接于所述电路板支撑垫圈的另一端端面。
所述敏感元件的圆膜式应变片的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端通过金丝连接。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过采用光刻的圆膜式应变片作为应变元件并与敏感元件的杯状本体形成固化结构，消除了传统粘贴应变片在生产中环境温度对粘接胶的严重影响而引起性能不稳定的问题，提高了压力传感器的稳定性和可靠性；具体表现如下：
1、敏感元件是由直接真空溅射金属合金薄膜并采用光刻工艺制备成圆膜式应变片，便于批量制备圆膜式应变片，也使得生产工艺中不再使用应变计粘接胶，彻底消除了粘接胶带来的影响而引起传感器性能的不稳定，提高了压力传感器的稳定性和可靠性，并降低了加工成本。
2、敏感元件与引压腔体、安装螺栓采用分离设计，三个元件逐件焊接，便于批量加工引压腔体和安装螺栓，降低材料的加工损耗，消除了引压腔体内微小盲孔的加工，降低加工难度，降低加工成本。
3、将信号调理电路板安装于封装外壳内部，使得压力传感器成为一体化结构，外形体积小，免于外部携带变送器，并使压力传感器具有很强的防水防潮功能，有效避免了环境温度变化对压力传感器内部性能的影响，提高了压力传感器的长期稳定性和可靠性。
4、信号调理电路板与组合插座之间采用“S”形弹簧式接触片进行电性连接，便于信号内外的可靠传递，免于焊接，消除了采用普通引线与封装盖装配相互干涉易断裂、内部金丝引线易短路的现象，简化了批量装配时人工操作过程，提高了装配效率和成品率，也便于装配过程检验。
5、封装外壳可以采用预留压紧台阶和圆环冷压边设计，可以使封装组合插座的过程又快又有效，提高生产效率。
附图说明
图1是本实用新型所述分体式溅射薄膜压力传感器的剖视主视图；
图2是本实用新型所述引压腔体与安装螺栓的剖视主视图，其比例大于图1；
图3是本实用新型所述“S”形弹簧式接触片的主视图；
图4是本实用新型所述封装外壳的剖视主视图；
图5是本实用新型所述敏感元件、信号调理电路板和封装外壳的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1和图5所示，本实用新型所述分体式溅射薄膜压力传感器包括引压腔体8、敏感元件5、信号调理电路板4、封装外壳3、组合插座1、安装螺栓7、电路板支撑垫圈6和“S”形弹簧式接触片2，敏感元件5包括一个具有弹性的杯状本体(图中未标记)，杯状本体的闭口端(即图1中的上端)外端面上设有溅射而成的合金薄膜(图中未示)，合金薄膜上设有光刻而成的圆膜式应变片(图1中未示，见图5中敏感元件5的中心黑色圆)，圆膜式应变片的信号输出端与信号调理电路板4的压力检测端通过金丝9连接，杯状本体的开口端与引压腔体8的内端(即图1中的上端)连接且与引压腔体8的引压孔(即图1中引压腔体8的竖向中心通孔，图中未标记)相通，引压腔体8与封装外壳3的第一端(即图1中的下端)之间通过安装螺栓7连接，封装外壳3的第二端(即图1中的上端)与组合插座1连接，信号调理电路板4的信号输出端与“S”形弹簧式接触片2的一端(即图1中的下端)连接，“S”形弹簧式接触片2的另一端(即图1中的上端)与组合插座1的内端接触，信号调理电路板4通过电路板支撑垫圈6安装于安装螺栓7上，敏感元件5、电路板支撑垫圈6、信号调理电路板4和“S”形弹簧式接触片2均置于封装外壳3内。上述敏感元件5的杯状本体的开口端即为敏感元件5的压力感应端，圆膜式应变片的信号输出端即为敏感元件5的信号输出端。
如图1和图2所示，作为优选的具体结构，引压腔体8的内端设有定位空心圆柱83，定位空心圆柱83的圆周外形成外径依次增大的第一引压腔体环形平台82和第二引压腔体环形平台81，第一引压腔体环形平台82和第二引压腔体环形平台81由引压腔体8的内端向外端方向依次排列，敏感元件5的杯状本体的开口端套装于定位空心圆柱83上且其开口端端面焊接于第一引压腔体环形平台82上，引压腔体8的内端外壁设有与安装螺栓7的内螺纹配套的外螺纹，安装螺栓7通过螺纹套装于引压腔体8的内端且安装螺栓7的第一端(即图1中的下端)端面焊接于第二引压腔体环形平台81上；安装螺栓7的第二端(即图1中的上端)端面设有外径依次增大的第一安装螺栓环形平台71和第二安装螺栓环形平台72，第一安装螺栓环形平台71和第二安装螺栓环形平台72由安装螺栓7的第二端向第一端方向依次排列，电路板支撑垫圈6的一端(即图1中的下端)端面置于第一安装螺栓环形平台71上，封装外壳3的一端(即图1中的下端)端面焊接于第二安装螺栓环形平台72上，信号调理电路板4粘接于电路板支撑垫圈6的另一端(即图1中的上端)端面。
如图1和图3所示，“S”形弹簧式接触片2上与信号调理电路板4的信号输出端连接的一端还有一小段直线形接触片22，以便于连接，另一端则为弧形接触片21，弧形接触片21的弧形表面与组合插座1的内端面面接触并能适应性微距滑动，以提高适应能力，“S”形弹簧式结构使“S”形弹簧式接触片2与组合插座1的内端不会脱离连接。
如图1和图4所示，封装外壳3上用于与组合插座1连接的一端(即图1中的上端)的内侧设有缺口形式的压接环31，压接环31的外侧形成冷压边32，安装时，将组合插座1压入封装外壳3，用冷压工装压紧封装外壳3预留的冷压边32即可。
如图1-图5所示，本实用新型所述分体式溅射薄膜压力传感器的工作原理为：介质压力通过引压腔体8将压力加至敏感元件5的杯状本体的开口端，然后杯状本体的闭口端受力弯曲变形，杯状本体的闭口端外端面上的圆膜式应变片产生径向和周向应变，通过圆膜式应变片组成的惠斯通电桥，将应变转换成正比例变化的电信号输出至信号调理电路板4，再通过“S”形弹簧式接触片2传输给组合插座1的内端，并通过组合插座1的外端连接至其它设备如中央处理器、显示器等，从而实现对介质压力的测量。
上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。
Claims (3)
1.一种分体式溅射薄膜压力传感器，包括引压腔体、敏感元件、信号调理电路板、封装外壳和组合插座，所述引压腔体与所述敏感元件的压力感应端连接，所述敏感元件的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端连接，所述信号调理电路板的信号输出端与所述组合插座的内端连接；其特征在于：所述敏感元件包括一个具有弹性的杯状本体，所述杯状本体的闭口端外端面上设有溅射而成的合金薄膜，所述合金薄膜上设有光刻而成的圆膜式应变片，所述圆膜式应变片的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端连接，所述杯状本体的开口端与所述引压腔体的内端连接且与所述引压腔体的引压孔相通，所述分体式溅射薄膜压力传感器还包括安装螺栓、电路板支撑垫圈和“S”形弹簧式接触片，所述引压腔体与所述封装外壳的第一端之间通过所述安装螺栓连接，所述封装外壳的第二端与所述组合插座连接，所述信号调理电路板的信号输出端与所述“S”形弹簧式接触片的一端连接，所述“S”形弹簧式接触片的另一端与所述组合插座的内端接触，所述信号调理电路板通过所述电路板支撑垫圈安装于所述安装螺栓上，所述敏感元件、所述电路板支撑垫圈、所述信号调理电路板和所述“S”形弹簧式接触片均置于所述封装外壳内。
2.根据权利要求1所述的分体式溅射薄膜压力传感器，其特征在于：所述引压腔体的内端设有定位空心圆柱，所述定位空心圆柱的圆周外形成外径依次增大的第一引压腔体环形平台和第二引压腔体环形平台，所述敏感元件的杯状本体的开口端套装于所述定位空心圆柱上且其开口端端面焊接于所述第一引压腔体环形平台上，所述安装螺栓套装于所述引压腔体的内端且所述安装螺栓的第一端端面焊接于所述第二引压腔体环形平台上；所述安装螺栓的第二端端面设有外径依次增大的第一安装螺栓环形平台和第二安装螺栓环形平台，所述电路板支撑垫圈的一端端面置于所述第一安装螺栓环形平台上，所述封装外壳的一端端面焊接于所述第二安装螺栓环形平台上，所述信号调理电路板粘接于所述电路板支撑垫圈的另一端端面。
3.根据权利要求1或2所述的分体式溅射薄膜压力传感器，其特征在于：所述敏感元件的圆膜式应变片的信号输出端与所述信号调理电路板的压力检测端通过金丝连接。
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