CN207515945U - 波纹形动电极的电容压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种波纹形动电极的电容压力传感器，解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题，包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其技术要点是：外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，将波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，以恒弹性支撑套和支撑座夹持压紧固定，定电极绝缘体表面的波纹形凹槽镀有金属薄膜导电层和绝缘膜层。其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高，有利于膜片的加工和减少扩散性漏气率，与同类产品相比，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。

Description

波纹形动电极的电容压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电容压力传感器，特别是一种适用于测量气体介质的微小压力、绝对微小压力的波纹形动电极的电容压力传感器。

背景技术

由于电容式压力传感器呈小微压力测量优势，所以现有的电容压力传感器种类比较繁多，大约有几百种。最具代表性的是美国MKS公司的626型电容绝对压力传感器（如图3-4所示）。其包括薄膜动电极8、陶瓷绝缘体9、内电极10、导电金属膜层11、绝缘膜层12、定电极外壳13、定位环14、压簧15、吸气剂16、引出电极17、熔融玻璃18、玻璃绝缘子外壳19、上压盖板20、带引压口的支座21、过滤器与阻尼器22等件。因其存在着气体附着，陶瓷放气，动电极太薄产生的扩散性漏气，故它设有吸气剂。但是，吸气剂剂量有限，很快就会失效。因此，该产品上设有零点电位器，必须调零点。MKS公司在规程中规定，每次正式使用时，要在高的真空下。这个真空度是传感器的最小分辨率的压力，达到这样的高真空后，进行调零点，用电路进行临时零点迁移。如绝对0～15Pa的626型电容绝对压力传感器，要在10^-4Pa下调零点。否则不能达到标定的精度。这种调零点的操作在应用中非常费时，也太麻烦，甚至有时根本无法实现。

本申请人为解决上述问题曾设计出一些新产品，如公开号为CN 105910751 A 的“平行板干式电容压力传感器”、公开号为CN 106225962 A的“动电极板镀金的电容压力传感器”、公开号为CN 106644187 A 的“蓝宝石绝缘体定电极的电容压力传感器”、公开号为CN 106353014 A 的“带有过渡焊接环的电容压力传感器”、公开号为CN 106289592 A 的“并联电容式电容压力传感器”、公开号为CN 106289593 A 的“立式动电极的电容压力传感器”公开号为CN 106225962 A的“电极板镀金的电容压力传感器”等专利。虽然在一定程度上克服了上述626型电容绝对压力传感器存在的缺陷，但是，因该传感器的有效电极直径为27mm，绝对压力15Pa的动电极厚度只有20μm，故我们能查到的最小量程是绝对0～15Pa左右，对于大多数真空测量还显得不够小。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种波纹形动电极的电容压力传感器，解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题，其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高，有利于膜片的加工和减少扩散性漏气率，与同类产品相比，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。

本实用新型所采用的技术方案是：该波纹形动电极的电容压力传感器包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其技术要点是：所述外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，定电极绝缘体选择与恒弹性支撑套热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层，在金属薄膜导电层表面覆盖大于金属薄膜导电层直径的绝缘膜层。

所述匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套与带引压口的支撑座通过刃口形焊口焊接固定在一起。

所述外电极采用管状引出外电极。

本实用新型具有的优点及积极效果是：由于本实用新型的外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，容易封接成高气密性腔体，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，并且定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，因波纹的引入，相当于折叠的膜片，故在相同外径下扩大了有效的电极面积，受力时相对位移大，能使其移动的压力变小，所以其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高。另外，与平弹性膜片相比，在相同厚度、位移量下，形变的压力减小到平弹性膜片的1/5左右，使量程向小微方向大幅扩展，其量程可以是同等厚度膜片、同等直径传感器量程的1/5，能使电容变化量提高20%～35%。波纹动电极与平板动电极相比，在同等量程下，可以让膜片厚度增加几倍，有利于膜片的加工和大大减少扩散性漏气。分辨率更高，精度高，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。因此，本实用新型解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是图1的Ⅰ部放大结构示意图；

图3是美国MKS公司的626型电容绝对压力传感器的一种结构示意图；

图4是图3的Ⅱ部放大结构示意图。

图中序号说明：1波纹形动电极、2定电极绝缘体、3金属薄膜导电层、4绝缘膜层、5外电极、6恒弹性支撑套、7支撑座、8薄膜动电极、9陶瓷绝缘体、10内电极、11导电金属膜层、12绝缘膜层、13定电极外壳、14定位环、15压簧、16吸气剂、17引出电极、18熔融玻璃、19玻璃绝缘子外壳、20上压盖板、21带引压口的支座、22过滤器与阻尼器。

具体实施方式

根据图1～4详细说明本实用新型的具体结构。该波纹形动电极的电容压力传感器包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体2和外电极5以及动电极等件。其中外壳由匹配熔封有定电极绝缘体2的恒弹性支撑套6和带引压口的支撑座7构成。动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极1，并利用恒弹性支撑套6和支撑座7将波纹形动电极1夹持压紧，把恒弹性支撑套6、支撑座7和波纹形动电极1相互固定连接在一起。匹配熔封有定电极绝缘体2的恒弹性支撑套6与带引压口的支撑座7通过刃口形焊口焊接固定在一起。为了消除焊接产生的应力，可以靠焊口的刃口缓冲。定电极绝缘体2选择与恒弹性支撑套6热膨胀系数匹配熔封于一体的材料。定电极绝缘体2表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极1波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层3，在金属薄膜导电层3表面覆盖大于金属薄膜导电层3直径的绝缘膜层4。

本实用新型是这样实现的：首先制作波纹形动电极1。选用恒弹性合金薄膜（可选3J53、3J1合金或Inconel X-750合金，膜片厚度由量程和试验确定），先在膜片的软态下压制波纹；用具有同样波纹的模具夹持，放到真空高温炉（亦可用惰性气体保护高温炉中）进行高温淬火，进行预应力处理。处理过的波纹膜片，刚性好，具有恒弹性，表面呈原有金属光泽。具体是：真空炉加热到膜的材料固溶点固溶二小时以上，关闭抽气系统，关闭发热体，向真空炉内的工件上充经过液氮冷却后的氦气或氩气，效果奇好。普通惰性气体保护炉，当加温到固溶温度，保持二小时，关闭发热体，加大惰性气体流量，以实现尽快冷却膜片的目的。

定电极绝缘体2的制作：定电极绝缘体2选择与恒弹性支撑套6热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，可以采用玻璃，恒弹性支撑套6可以是恒弹性合金3J53或3J1，匹配熔封已是成熟工艺；定电极绝缘体2最佳选用材料为人造蓝宝石单晶体。蓝宝石单晶体可选用银基合金的熔融钎焊封接，工艺亦是成熟的。外电极5在熔融封接时，采用与上述相同的工艺和材料封接。

当波纹形动电极1的膜片选用Inconel X-750合金制作时，与其焊接的配件亦是Inconel X-750最好，那么定电极绝缘体2的制作方式和材料不变，只是在恒弹性支撑套6上设置一个Inconel X-750的过渡环就行。具体结构和制作工艺详见本申请人的“平行板干式电容压力传感器”（公开号为CN105910751 A）。做成的压力传感器与被测介质接触的都是耐腐蚀材料。这样可以更耐腐蚀。

定电极绝缘体2的波纹形凹槽是这样加工的：当定电极绝缘体2选用熔融玻璃或蓝宝石。首先按量程，设定平均位移量，对带恒弹性支撑套6的定电极绝缘体2的毛坯加工抛物面形，完后按波纹形动电极1的波纹数据，向定电极绝缘体2上投影，中心对称加工出与波纹形动电极1波纹相匹配的波纹形凹槽，再清洗干净，表面真空镀膜，掩膜镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层3（留出与恒弹性支撑套6绝缘边界）；再掩膜覆盖大于金属薄膜导电层3直径的绝缘膜层4，定电极绝缘体2的波纹形凹槽即制作完成。其优点是：熔融玻璃及蓝宝石不放气，制成的定电极绝缘体2熔融封于恒弹性支撑套6内，边缘效应减小，无间隙，无气体附着，外电极5几乎无寄生电容。将恒弹性支撑套6、带引压口的支撑座7与波纹形动电极1等直径顶紧，氩弧焊即可。

当作为大气压参考端开放的表压式压力传感器应用时，可以采用本申请人的实用新型专利“内置平衡腔室的薄膜隔离形表压传感器”（专利公告号为CN 104215383 A）的基本结构，在外电极5上配置大气参考隔离膜，膜内充有干燥空气或其它干燥气体，即可制成带有大气压自动补偿的表压传感器。

绝对应用时，外电极5可以采用管状引出外电极，进行抽高真空，封闭焊接管口端，让波纹形动电极1与管状引出外电极的管口间形成高真空腔，即做成了绝对压力传感器。

上述电容式表压、绝压传感器，经过电子电路的非线性、温度补偿，可以用于高电平标准大信号输出的传感器。

Claims (3)

1.一种波纹形动电极的电容压力传感器，包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其特征在于：所述外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，定电极绝缘体选择与恒弹性支撑套热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层，在金属薄膜导电层表面覆盖大于金属薄膜导电层直径的绝缘膜层。

2.根据权利要求1所述的波纹形动电极的电容压力传感器，其特征在于：所述匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套与带引压口的支撑座通过刃口形焊口焊接固定在一起。

3.根据权利要求1所述的波纹形动电极的电容压力传感器，其特征在于：所述外电极采用管状引出外电极。