CN207515954U - 全悬浮绝对差压传感器 - Google Patents

Abstract

一种全悬浮绝对差压传感器，解决了用两个绝对压力传感器测量存在的误差大、造价高、安全系数小、两机不同步、信号需再处理等问题，两个电极单端悬浮的电容压力传感器相对布置，与同一环形高真空腔室相连通封接成绝对差压测量体，在高真空下形成抽真空焊口后，构成电容式绝对差压结构体，下夹持悬浮座的引压口端分别与拼接式悬浮壳体壁板上的通孔封接在一起，形成全悬浮结构体，并通过薄壁端刃口焊口与带差压引口的支撑座封接，使支撑座的差压引口的腔体与下夹持悬浮座的引压口腔体连通，利用支撑座两端的差压引口来导压实现差压测量。其结构设计合理，信号稳定，性能可靠，外界影响很小，适应性强，实现了高稳定、高精度测量真空下的微小差压。

Description

全悬浮绝对差压传感器

技术领域

本实用新型涉及一种真空下测量微差压的电容传感器，特别是一种全悬浮绝对差压传感器。它适于化学产品生产、制药过程、极大规模集成电路研发生产和科学试验过程的绝对微差压的测量。

背景技术

在化学产品生产、制药过程、极大规模集成电路研发生产和科学试验过程都要进行绝对微差压测量。目前，苦于没有绝对差压传感器，只能用两个绝对压力传感器（真空规）来测量。存在着误差大、造价高、安全系数小、两机不同步、信号还需再处理等问题。

按传统差压传感器原理及结构，不能测量绝对压力下的差压。还有，虽然电容式原理是做微小压力、差压传感器最理想选择。但是，由于电容内不允许进入导电介质、腐蚀性介质，参考端必须是高真空等限制，不太容易做成绝对差压结构。

世界上测量绝对差压时，该绝对差压是指差压传感器两端的压力起点都是从高真空算起，即从绝对零算起。特别是测量导电、腐蚀介质的绝对差压时，同时要求传感器内不含油及其它液体介质。目前没有这样的绝对差压传感器，只好用两个绝对压力传感器，分别测量绝对压力。两个绝对压力传感器测得绝对压力值相减，经再次信号处理后，作为绝对差压信号使用。存在的问题是：两个绝对压力传感器的误差不是简单叠加，差压值相对压力值可能很小，对于绝对压力传感器来说误差更大。如：绝对压力10Torr，两个压力口的差压值为0.1Torr时，绝对压力传感器的对应10Torr是0.25%F.S（对应满量程），0.1Torr时的误差可不是0.25%F.S。两个绝对压力传感器叠加后的对应0.1Torr的误差，经放大电路再处理后就是10%左右。

两个绝对压力传感器，可能不同步，由于不同的参考室（真空参考室），主要是本底压力不一样，造成了这一差别。另外，由于放大电路的性能差别，亦可能造成不同步。本实用新型不存在这个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种全悬浮绝对差压传感器，解决了用两个绝对压力传感器测量存在的误差大、造价高、安全系数小、两机不同步、信号还需再处理等问题，其结构设计合理，信号稳定，性能可靠，外界影响很小，适应性强，实现了高稳定、高精度测量真空下的微小差压。

本实用新型所采用的技术方案是：该全悬浮绝对差压传感器包括组合在壳体内的同等量程的两个电极单端悬浮的电容压力传感器及绝缘电极引线，其技术要点是：所述两个电极单端悬浮的电容压力传感器相对布置，与同一环形高真空腔室相连通封接成绝对差压测量体，设置在环形高真空腔室的高气密性的两个绝缘电极引线连接在每个电极单端悬浮的电容压力传感器的管式电极上，作为绝对差压测量体的引出线，环形高真空腔室的真空抽气孔在高真空下形成抽真空焊口后，构成电容式绝对差压结构体，把两个带引压口的下夹持悬浮座的引压口端，分别与拼接式悬浮壳体壁板上的通孔封接在一起，形成全悬浮结构体，并通过薄壁端刃口焊口与带差压引口的支撑座封接，使支撑座的差压引口的腔体与下夹持悬浮座的引压口腔体相连通，利用支撑座两端的差压引口来导压实现差压测量。

所述电极单端悬浮的电容压力传感器，包括外壳，支座，组装在二者之间的定电极绝缘体和动电极以及管式电极，其中动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极；定电极绝缘体采用蓝宝石单晶制作的蓝宝石绝缘体，并利用钎焊层将封接有管式电极的蓝宝石绝缘体的一端与作为外壳的底部设置有连体屏蔽环的定电极悬浮外壳固定在一起，蓝宝石绝缘体的设置有抛物凹面的一端不受任何约束呈自由状态，构成带有刃口薄壁端的定电极单端悬浮结构体；作为支座的带引压口的下夹持悬浮座上表面设置有与蓝宝石绝缘体底部相对称结构的抛物凹面和依托动电极的环形平面，上夹持焊环底部设置有与蓝宝石绝缘体抛物凹面的结构相吻合的抛物凹面和与引压口的下夹持悬浮座上表面相对称结构的依托动电极的环形平面，上夹持焊环顶部及外周壁不受任何约束呈自由状态，双面镀贵金属层的薄膜动电极压接封装在带引压口的下夹持悬浮座的环形平面与上夹持焊环的环形平面之间，通过动电极刃口焊口焊接在一起，构成带有刃口薄壁端的动电极单端悬浮结构体；定电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端与动电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端，利用悬浮结构体刃口焊口焊接在一起，同时使上夹持焊环顶部及外周壁与定电极悬浮外壳相对应的内壁之间保持间隙，上夹持焊环内周壁与蓝宝石绝缘体相对应的外周壁之间保持间隙。

将所述定电极单端悬浮结构体与动电极单端悬浮结构体焊接在一起的悬浮结构体刃口焊口与动电极刃口焊口处于同一平面上，并通过设置在定电极悬浮外壳底部的连体屏蔽环，使悬浮结构体刃口焊口与动电极刃口焊口相互隔离屏蔽。

所述蓝宝石绝缘体的抛物凹面上，镀有和管式电极相连的导电膜层，导电膜层上覆盖绝缘膜层。

本实用新型具有的优点及积极效果是： 由于本实用新型是将同等量程的两个电极单端悬浮的电容压力传感器相对布置，与同一环形高真空腔室相连通封接成绝对差压测量体，环形高真空腔室的真空抽气孔在高真空下形成抽真空焊口后，构成电容式绝对差压结构体，把两个带引压口的下夹持悬浮座的引压口端，分别与拼接式悬浮壳体壁板上的通孔封接在一起，形成全悬浮结构体，与带差压引口的支撑座封接，使支撑座的差压引口的腔体与下夹持悬浮座的引压口腔体相连通，利用支撑座两端的差压引口来导压实现差压测量，所以其结构设计合理，信号稳定，性能可靠，外界影响很小，适应性强，实现了高稳定、高精度测量真空下的微小差压。因此，本实用新型解决了用两个绝对压力传感器测量存在的误差大、造价高、安全系数小、两机不同步、信号还需再处理等问题。

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中的一种电极单端悬浮的电容压力传感器结构示意图；

图3是图2的Ⅰ部放大结构示意图。

图中序号说明：1双面镀贵金属层的动电极、2蓝宝石绝缘体、3管式电极、4钎焊层、5定电极悬浮外壳、6上夹持焊环、7动电极刃口焊口、8悬浮结构体刃口焊口、9连体屏蔽环、10带引压口的下夹持悬浮座、11导电膜层、12绝缘膜层、13薄壁端刃口焊口、14拼接式悬浮壳体，15带差压引口的支撑座，16环形高真空腔室，17抽真空焊口，18绝缘电极引线。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本实用新型的具体结构。该全悬浮绝对差压传感器包括组合在壳体内的同等量程的两个电极单端悬浮的电容压力传感器及绝缘电极引线18等件。其中两个电极单端悬浮的电容压力传感器相对布置，与同一环形高真空腔室16相连通封接成绝对差压测量体。设置在环形高真空腔室16的高气密性的两个绝缘电极引线18连接在每个电极单端悬浮的电容压力传感器的管式电极3上，作为绝对差压测量体的引出线。环形高真空腔室16的真空抽气孔在高真空下形成抽真空焊口17后，构成电容式绝对差压结构体。把两个带引压口的下夹持悬浮座10的引压口端，分别与拼接式悬浮壳体14壁板上的通孔封接在一起，形成全悬浮结构体，并通过薄壁端刃口焊口13与带差压引口的支撑座15封接，使支撑座的差压引口的腔体与下夹持悬浮座的引压口腔体相连通，利用支撑座两端的差压引口来导压实现差压测量。

差压值由两个单电容给出的电容值相减，信号经电子线路处理后，输出对应差压变化的标准信号。做成了全悬浮的差压传感器。

用本实用新型的电容绝对差压传感器时，只是一套电路，比三套电路的误差叠加来说，就小多了。

上述单端悬浮电容压力传感器包括外壳，支座，组装在二者之间的定电极绝缘体和动电极以及管式电极3等件。其中动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极1，本实施例中镀贵金属层采用镀金或镀铱。定电极绝缘体采用蓝宝石单晶（α-Al₂O₃）制作的蓝宝石绝缘体2，并利用钎焊层4将封接有管式电极3的蓝宝石绝缘体2的一端与作为外壳的底部设置有连体屏蔽环9的定电极悬浮外壳5固定在一起。管式电极3用钛或铂制作，用银铜焊料等高气密性焊料钎焊，形成钎焊层4。蓝宝石绝缘体2的设置有抛物凹面的一端不受任何约束，呈自由状态。蓝宝石绝缘体2的抛物凹面上，镀有和管式电极3相连的导电膜层11，导电膜层11上覆盖绝缘膜层12。封接有管式电极3的蓝宝石绝缘体2、钎焊层4和底部有连体屏蔽环9的定电极悬浮外壳5，相互固定在一起构成带有刃口薄壁端的定电极单端悬浮结构体。作为支座的带引压口的下夹持悬浮座10的上表面设置有与蓝宝石绝缘体2底部相对称结构的抛物凹面和依托动电极的环形平面，上夹持焊环6底部设置有与蓝宝石绝缘体2抛物凹面的结构相吻合的抛物凹面和与引压口的下夹持悬浮座10上表面相对称结构的依托动电极的环形平面，上夹持焊环6的顶部及外周壁不受任何约束，呈自由状态，上夹持焊环6除了夹持双面镀贵金属层的动电极1外，不再承担和兼做他用。双面镀贵金属层的薄膜动电极1压接封装在带引压口的下夹持悬浮座10的环形平面与上夹持焊环6的环形平面之间，通过动电极刃口焊口7焊接在一起。下夹持悬浮座10、上夹持焊环6、双面镀贵金属层的薄膜动电极1和动电极刃口焊口7，相互结合在一起构成带有刃口薄壁端的动电极单端悬浮结构体；动电极悬浮结构体全部为Inconel X-750或哈氏合金制作，可耐一定浓度的酸碱等强腐蚀介质腐蚀。定电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端与动电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端，利用悬浮结构体刃口焊口8焊接在一起，同时使上夹持焊环6顶部及外周壁与定电极悬浮外壳5相对应的内壁之间保持间隙，上夹持焊环6内周壁与蓝宝石绝缘体2相对应的外周壁之间保持间隙，一般为≤1mm。动电极悬浮结构体和定电极悬浮结构体利用等离子束焊接到一起，形成了悬浮结构体刃口焊口8。用等离子束焊接能在焊口内、外形成焊道，或者说焊口里外焊接质量一样，让气体吸附的尽可能少。另外，在动定电极悬浮结构体刃口焊口8的里边，在定电极悬浮外壳5设置一道连体屏蔽环9，焊接时，用来屏蔽等离子，以防烧蚀动电极刃口焊口7。

将定电极单端悬浮结构体与动电极单端悬浮结构体焊接在一起的悬浮结构体刃口焊口8与动电极刃口焊口7处于同一平面上，并通过设置在定电极悬浮外壳5底部的连体屏蔽环9，使悬浮结构体刃口焊口8与动电极刃口焊口7相互隔离屏蔽。当动电极悬浮结构体随温度变化膨胀与收缩时，定电极悬浮结构体也同步，水涨船高。二者之间的保持间隙几乎不变，即其没有因为膨胀系数差而变化，传感器温漂小，变的非常稳定，测量精度就高了。

与美国MSK的结构相比，本实用新型的结构简单，更有利于绝对微小压力的测量，操作时抽真空快、放气少、真空度的形成和保持都好。更关键的是，本实用新型采用动、定电极单端悬浮结构体后，消除了由于膨胀系数不同造成的温度漂移。MKS产品如果不做恒温处理，就是温度计了。经实验表明，去掉恒温电源，MKS的1Torr真空规（绝对压力传感器，量程为1Torr，相当于绝对0～13.3Pa左右），每1℃就要变化1%。而本实用新型的结构也是1Torr时，不做恒温，只需进行电路补偿与修正，每30℃才变化0.1%。

Claims (4)

1.一种全悬浮绝对差压传感器，包括组合在壳体内的同等量程的两个电极单端悬浮的电容压力传感器及绝缘电极引线，其特征在于：所述两个电极单端悬浮的电容压力传感器相对布置，与同一环形高真空腔室相连通封接成绝对差压测量体，设置在环形高真空腔室的高气密性的两个绝缘电极引线连接在每个电极单端悬浮的电容压力传感器的管式电极上，作为绝对差压测量体的引出线，环形高真空腔室的真空抽气孔在高真空下形成抽真空焊口后，构成电容式绝对差压结构体，把两个带引压口的下夹持悬浮座的引压口端，分别与拼接式悬浮壳体壁板上的通孔封接在一起，形成全悬浮结构体，并通过薄壁端刃口焊口与带差压引口的支撑座封接，使支撑座的差压引口的腔体与下夹持悬浮座的引压口腔体相连通，利用支撑座两端的差压引口来导压实现差压测量。

2.根据权利要求1所述的全悬浮绝对差压传感器，其特征在于：所述电极单端悬浮的电容压力传感器，包括外壳，支座，组装在二者之间的定电极绝缘体和动电极以及管式电极，其中动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极；定电极绝缘体采用蓝宝石单晶制作的蓝宝石绝缘体，并利用钎焊层将封接有管式电极的蓝宝石绝缘体的一端与作为外壳的底部设置有连体屏蔽环的定电极悬浮外壳固定在一起，蓝宝石绝缘体的设置有抛物凹面的一端不受任何约束呈自由状态，构成带有刃口薄壁端的定电极单端悬浮结构体；作为支座的带引压口的下夹持悬浮座上表面设置有与蓝宝石绝缘体底部相对称结构的抛物凹面和依托动电极的环形平面，上夹持焊环底部设置有与蓝宝石绝缘体抛物凹面的结构相吻合的抛物凹面和与引压口的下夹持悬浮座上表面相对称结构的依托动电极的环形平面，上夹持焊环顶部及外周壁不受任何约束呈自由状态，双面镀贵金属层的薄膜动电极压接封装在带引压口的下夹持悬浮座的环形平面与上夹持焊环的环形平面之间，通过动电极刃口焊口焊接在一起，构成带有刃口薄壁端的动电极单端悬浮结构体；定电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端与动电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端，利用悬浮结构体刃口焊口焊接在一起，同时使上夹持焊环顶部及外周壁与定电极悬浮外壳相对应的内壁之间保持间隙，上夹持焊环内周壁与蓝宝石绝缘体相对应的外周壁之间保持间隙。

3.根据权利要求2所述的全悬浮绝对差压传感器，其特征在于：将所述定电极单端悬浮结构体与动电极单端悬浮结构体焊接在一起的悬浮结构体刃口焊口与动电极刃口焊口处于同一平面上，并通过设置在定电极悬浮外壳底部的连体屏蔽环，使悬浮结构体刃口焊口与动电极刃口焊口相互隔离屏蔽。

4.根据权利要求2所述的全悬浮绝对差压传感器，其特征在于：所述蓝宝石绝缘体的抛物凹面上，镀有和管式电极相连的导电膜层，导电膜层上覆盖绝缘膜层。