CN220170418U - 一种表压传感器 - Google Patents

Abstract

一种表压传感器，其包括：外壳，其上设有引入大气压力的孔；连接于外壳下端并与外壳合围成一安装腔的压力接入件，压力接入件内设有引入待测压力介质的压力通道；设置于安装腔内的压力感测组件，包括第一电路板及与之电连接压力感测元件，压力感测元件的第一压力接收面连通至压力通道，压力感测元件的第二压力接收面暴露于安装腔内；一端电连接至压力感测组件的第一电连接件，第一电连接件的另一端朝外穿设外壳；设置于安装腔内的填充块；本申请的表压传感器在长时间使用时也能够避免水蒸汽、水进入传感器体内，提高了传感器的使用寿命；同时还能够降低导压保护材料的用量，降低了材料成本。

Description

一种表压传感器

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种表压传感器。

背景技术

压力传感器可分为绝压传感器、表压传感器及差压传感器，其中，表压传感器是测量相对于本地大气压力的相对压力，因此需要引入大气压。在引入大气压力的同时，对于开放或半开放环境则需要如CN115507994A中所示的那样对大气引入孔进行防水处理，比如在大气引入孔覆盖防水透气膜。然而防水透气膜虽能防止明水进入，却无法阻止水蒸汽进入传感器内部。这些水蒸汽在传感器内不仅会导致电子元件产生电化学腐蚀，而且会在低温下凝结成明水进入缝隙中，有可能在结冰时由于体积膨胀而产生巨大的应力而导致传感器结构被破坏。

本部分中的陈述仅提供与本申请相关的背景信息并且可以不构成现有技术。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种表压传感器，以避免水蒸汽及明水进入传感器内。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种表压传感器，其包括：

外壳，其上设有引入大气压力的孔；

连接于外壳下端并与外壳合围成一安装腔的压力接入件，压力接入件内设有引入待测压力介质的压力通道；

设置于安装腔内的压力感测组件，包括第一电路板及与之电连接压力感测元件，压力感测元件的第一压力接收面连通至压力通道，压力感测元件的第二压力接收面暴露于安装腔内；

一端电连接至压力感测组件的第一电连接件，第一电连接件的另一端朝外穿设所述外壳；

设置于安装腔内的填充块；

及填满于安装腔内并朝外延伸至所述孔内的导压保护材料。

优选地，压力感测组件还包括间隔地设置于第一电路板上方的第二电路板，及用于机械连接第一电路板与第二电路板的支撑连接件；第一电路板、第二电路板及第一电连接件之间通过一第二电连接件电连接。

优选地，第二电连接件为一柔性电路板，柔性电路板依次包括连接于第一电路板上的第一连接部、固定于第二电路板上表面的第二连接部及固定连接于第一电连接件上的第三连接部；填充块固定于第二连接部的上侧。

优选地，填充块、第二电路板、第二连接部及支撑面上设置有向下将大气压力传导至压力感测元件的大气压导入通道。

优选地，所述支撑连接件的下端粘接于第一电路板上，支撑连接件的上端卡接于第二电路板上。

优选地，所述孔包括用于向安装腔内注入导压保护材料的注入孔及用于排出安装腔内气体的排气孔。

优选地，压力感测组件还包括一基板，基板的一侧固定于压力接入件且位于安装腔内，基板上设有两端连通第一压力接收面和压力通道的通孔，第一电路板固定于基板的远离压力接入件的一侧。

优选地，外壳包括壳体和固定连接于壳体上端的端钮，第一电连接件朝外穿设端钮的底板。

优选地，其填充块为轻质材料。

优选地，填充块对导压保护材料具有非透过性。

本申请的表压传感器在长时间使用时也能够避免水蒸汽、水进入传感器体内，提高了传感器的使用寿命；同时还能够降低导压保护材料的用量，降低了材料成本。

附图说明

图1为第一优选实施例的表压传感器的结构示意图；

图2为第二优选实施例的表压传感器的俯视图；

图3为第二优选实施例的表压传感器沿图2中所示A-A的立体剖视图(隐去了导压保护材料)；

图4为第二优选实施例的表压传感器沿图2中所示B-B的平面剖视图；

图5为第二优选实施例的支撑连接件的立体图；

图6为第二优选实施例的支撑连接件的俯视图；

图7为第二优选实施例的压力感测组件的部分结构立体图；

图8～图10为三种不同结构设置时标准大气压导致的芯片应力的仿真结果；

图11为第三优选实施例的支撑连接件的立体图；

图中：101、本体；102、压边；103、剩余腔体；104、支撑环；1、壳体；200、腔；201、定位部；2、压力接入件；301、壳部；302、底板；303、台阶面；304、凸缘；305、第一电连接件；306、螺纹部；307、排气孔；308、注入孔；309、喇叭口；3、端钮；401、喉管；4、介质通道；501、压力感测元件；502、基板；504、第一电路板；505、第一电子元件；506、导电部；507、通孔；508、导压保护材料；5、压力感测组件；601、框体；602、卡扣；603、防脱部；604、支撑面；605、加厚部；606、储胶槽；607、纵槽；608、横槽；612、隔断开口；613、纵槽；614、沟槽；615、支撑面；616、卡扣；617、框体；619、防脱部；621、连通口；622、部分；6、支撑连接件；701、第二电子元件；7、第二电路板；801、导压孔；8、填充块；900、第二电连接件；901、第三密封圈；902、第二密封圈；903、第一密封圈；904、折卷部；905、第三连接部；906、第一连接部；907、第二连接部；908、收纳部；

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。下列的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。在以下描述中，相同的标记用于表示相同或等效的元件，并且省略重复的描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该本申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

另外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还应当进一步理解，在本申请说明书和对应的权利要求书中使用的术语“和/或”是指所列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合。

如图1所示，本申请的第一实施例中，表压传感器包括合围形成安装腔的壳体1、压力接入件2及端钮3。其中，壳体1的一端与压力接入件2密封连接。端钮3最好密封连接于壳体1的另一端。压力接入件2内设有压力通道4，以引入待测的压力介质。压力感测组件5的压力感测元件501设置安装腔内，压力感测元件501可以是MEMS(微机电系统)芯体，具有一个压力感测膜片，其两侧分别为第一压力接收面和第二压力接收面，其中第一压力接收面密封地连通至压力通道4，第二压力接收面密封地连通暴露于安装腔内。其中压力感测元件501还包括连接于压力接入件2上的一基板502，基板502上设有两端连通第一压力接收面和压力通道4的通孔507。第一压力接收面封堵于通孔507的上端。

为了方便表压传感器与被测介质的容器的连接，压力接入件2的外壁的密封槽内上可设有第一密封圈903，压力接入件2的外周形成定位部201。定位部201可以是槽、楞或平直边。压力感测组件5还包括于基板502上设置的第一电路板504，第一电路板504上开设有容许压力感测元件501安装于下侧的基板502上的窗口，压力感测元件501通过导电体与第一电路板504连接。多个第一电连接件305的一端连接至第一电路板504，另一端朝外固定朝外穿设端钮3。其中，基板502的下表面贴合地固定于压力接入件2的上端形成的一平坦的安装面上。

其中，端钮3与壳体1的连接方式不用进行特别限定。例如。可以像图1中所示的那样通过一个支撑环104朝上支撑端钮3，同时通过壳体1的本体101顶部朝内收卷形成的压边102朝下抵压端钮3底部朝外凸伸而形成凸缘304，进而将端钮3与壳体1固定连接；压边102与凸缘304之间还可设有第三密封圈901，以增大对装配误差的容许量；壳体1与压力接入件2之间则可相焊接，或者一体地连接。而在其他的一些实施例中，还可以使壳体1的上端嵌入端钮3内，并使壳体1的下端焊接于压力接入件2上。安装腔内(无实体填充的其余部分)填充有绝缘的导压保护材料508。其中，导压保护材料508可以是凝胶等固化后具有较低弹性模量的软性材料，例如硅凝胶、氟硅凝胶等。为便于加入导压保护材料508，端钮3上开设有连通安装腔与大气的孔，该孔包括注入孔308，并还可以另外包括一个排气孔307以便于排出安装腔内的气体。导压保护材料508的上表面朝外延伸至注入孔308与排气孔307中，并最好接近或平齐于排气孔307的上端、注入孔308的上端这两者中的较高者。进一步地，为了降低导压保护材料的用量，可以进一步地在安装腔内设置填充块8。其中，壳体1和端钮3组合为外壳。

在一个更简化的实施例中，可以取消端钮，而将注入孔308、排气孔307设置于壳体1上(顶部或侧部)，第一电连接件305穿设壳体1后与外部设备连接。

请参阅图2至图8。本申请的第二实施例中，表压传感器包括合围形成安装腔的壳体1、压力接入件2及端钮3。其中，壳体1为直筒状，其上端与压力接入件2密封连接。端钮3密封连接于壳体1的另一端。压力接入件2内设有引入待测压力介质的压力通道4，以引入待测的压力介质。压力感测元件501设置安装腔内，压力感测元件501可以是MEMS(微机电系统)芯体，具有一个压力感测膜片，其两侧分别为第一压力接收面和第二压力接收面，其中第一压力接收面密封地连通至压力通道4，第二压力接收面密封地连通暴露于安装腔内。其中压力感测元件501的朝向压力接入件2的一侧固定(例如粘接)于一基板502上，基板502上设有两端连通第一压力接收面和压力通道4的通孔507。压力接入件2的外壁的密封槽内上可设有第一密封圈903。基板502上还设有第一电路板504，第一电路板504上开设有容许压力感测元件501安装于下侧的基板502上的窗口，压力感测元件501通过导电体与第一电路板504连接。多个第一电连接件305的一端连接至第一电路板504，另一端朝外固定朝外穿设端钮3。第一电路板504的上表面设置有第一电子元件505。

其中，端钮3与壳体1的连接方式不用进行特别限定。例如，可以像图1中所示的那样通过一个支撑环104朝上支撑端钮3，同时通过壳体1的本体101的顶部外缘朝内收卷形成的压边102朝下抵压端钮3的底板302的下端朝外凸伸而形成凸缘304的台阶面303上，进而将端钮3与壳体1固定连接；本体101的上端与凸缘304之间还可设有第三密封圈901，且三密封圈901间隔于支撑环104上端与底板302的底部之间，以增大对装配定位的充许误差；壳体1的下端与压力接入件2一体连接。而在其他的一些实施例中，还可以使壳体1的上端嵌入端钮3内，并使壳体1的下端焊接于压力接入件2上。

本体101的顶部外缘的内缘形成一个朝上的压合面，一第三密封圈901设置于凸缘304的底部与该压合面和支撑环104的上端之间。同时，支撑环104的下端支撑于基板502的上表面。其中，端钮3还包括一个下端与底板302连接的壳部301，壳部301的外壁设有螺纹部306。

压力接入件2的上端形成的一平坦的安装面，基板502与安装面之间通过第二密封圈902密封，以使基板502的远离压力接入件2的一侧与压力通道4相隔离。第二密封圈902在基板502与压力接入件2之间隔成腔200，通孔507的下端连通至腔200，压力通道4的上端连通至腔200，腔200的横向尺寸较大，因此不必使降低通孔507与压力通道4上下正对，即充许两者在横向上错开一定距离。为了增加电子元件的安装空间，压力感测组件5包括一个第二电路板7。第一电路板504、第二电路板7及第一电连接件305之间通过第二电连接件900实现电连接。为方便连接，第二电连接件900可以是柔性板，具体，柔性板包括与第一电路板504的上表面上设置的导电部506连接的第一连接部906，与第二电子元件701的上表面连接的第二连接部907，以及与第一电连接件305的下端连接的第三连接部905。第二电路板7的下表面设置有第二电子元件701。其中，压力通道4的中部可形成具有收缩截面的喉管401。

安装腔内填充有导压保护材料508。其中，导压保护材料508可以是凝胶等固化后具有较低弹性模量的软性材料，例如硅凝胶、氟硅凝胶等。为便于加入导压保护材料508，端钮3上开设有连通安装腔与大气的注入孔308，以及排气孔307。导压保护材料508的上表面延伸至注入孔308与排气孔307中，并最好接近或平齐于排气孔307的上端、注入孔308的上端这两者中的较高者。

为了降低导压保护材料的用量，可以在安装腔内设置填充块8，安装腔内的剩余腔体103填充有导压保护材料508。填充块8可粘接于第二连接部907的上表面。另外，为了便于安装，可使得第二连接部907与第三连接部905之间的形成一定长度的折卷部904。填充块8上可对应地设置有用于收纳折卷部904的收纳部908。

为了使第二电路板7在第一电路板504的上方间隔一定距离以留出电子元件的安装空间，还在第一电路板504上固定有围绕压力感测元件501的一支撑连接件6。如图5至图7所示，支撑连接件6包括下端粘接于第一电路板504上表面的框体601，框体601围设于压力感测元件501外侧，框体601的上端中部设置有支撑面604，框体601可为长度方向沿纵向设置、宽度方向沿横向设置的矩形，框体601上端之长边两端设有卡扣602。卡扣602朝上穿设第二电路板7和第二连接部907上对应开设有的扣孔，并通过卡扣602上端设置的防脱部603防止其脱出。支撑面604的两端设置有使框体601内外连通的连通结构(连通口621)。其中，第二电路板7还通过胶水粘接于支撑面604上。更进一步地，为了便于涂胶且避免胶水从连通口621溢出而污染压力感测元件501，可在支撑面604上设置储胶槽606。

其中，储胶槽606可包括两个平行的纵槽607，以及横向连通两个纵槽607的至少一个横槽608。在储胶槽606内滴注胶水后，由于表面张力的存在，胶水液面可高出支撑面604而不散溢，而在将第二电路板7扣合于支撑面604上后胶水则沿第二电路板7和支撑面604之间的缝隙铺展开来，因此可以避免胶水溢出，且便于操作。在其他的一些实施例中，优选地，同时为了大气压力更顺畅地经导压保护材料508传导到压力感测元件501，可以在填充块8、第二电路板7、第二连接部907上均开设有上下贯通的导压孔801以形成将大气压力引导到压力感测元件501的大气压导入通道(其内被填充以导压保护材料508)。其中，支撑面604可对应开设有导压孔801，或者通过支撑面604上的连通口621将大气压力引导至压力感测元件501。导压孔801位于压力感测元件501的正上方。其中，为了便于纵槽607的设置，可以使支撑面604的宽度方向两端相对于中间处朝下凸伸形成加厚部605。

在注入孔308施加标准大气压力(101.325KPa)的条件下，对上述方案进行仿真，压力芯片产生的最大应力的比对结果如表1所示。由表1可以看出，当壳体1内充满凝胶(对应图9)时，其由于自身重力会使芯片应变相对于在壳体1内无凝胶、无填充块下(对应图8)时的对照值6.8684Mpa偏大0.06％(壳体内腔高度设为1cm)，从而在测量待测压力相对于当地大气压的相对压力时，测量值至少会偏小0.06％个标准大气压，而当所测压力的真实表压为0.5个标准大气压时，测量值至少会偏小0.12％，这对于大多于要求高于2％精度要求一般压力传感器而言是相当可观的；而设置固定的填充块(固定于支撑连接件上，对应图10)时，由于固定于支撑连接件上的填充块可抵抗上方的凝胶重力，因此相对于对照值具有较小的偏差(-0.03％)。此时，填充块自身重力可由支撑连接件支撑，因此，其材料选用还可以不考虑填充块的密度。

这样，本申请的表压传感器通过设置固定的填充块，能够降低凝胶使用量的同时，还能够降低主要由过多凝胶的重力导致的测量误差。

结构设置	应力(Mpa)
		无凝胶、无填充块	6.8684
有凝胶、无填充块	6.8724
		填充块固定且不设导压孔	6.8666

在更优选的一些实施例中，为了便于使框体601内容易充满导压保护材料508，可在框体601的侧壁上开设有通孔。

请结合参阅图11。图11示出了另一优选实施例的支撑连接件6的结构。支撑连接件6包括下端粘接于第一电路板504上表面的框体617，框体617的上端中部设置有支撑面615，支撑面615由其上开设的连通结构(隔断开口612)分隔为两部分622，支撑面615的两部分上各设置有纵槽613。框体617的上端的纵向两端设置有卡扣616。卡扣616的横向两侧的根部朝支撑面615内凹陷形成两个沟槽614，从而便于使导压保护材料508进入框体617内。框体617的侧壁上也可以额外地开设有通孔。卡扣616朝上穿设第二电路板7和第二连接部907上对应开设有的扣孔，并通过卡扣602上端设置的防脱部619防止其脱出。

以上的各实施例中，为便于注入导压保护材料508，可使注入孔308的上端形成喇叭口309。填充块8与端钮3的底部之间可留有间隙以便于导压保护材料508于其中流动至安装腔的其他地方。其中，为了降低表压传感器的总重，可以使填充块8为密度较低的材料制成，例如轻质塑料。为了避免导压保护材料508渗入填充块8内浪费原料，填充块8的表面最好对导压保护材料508(未固化前的)为非透过性，例如选择无开气孔的材料来制作填充块8，或者在填充块8表面覆盖有防止导压保护材料508透过的防渗层，或者直接使用无孔材料来制作填充块8。

在上述的各实施例中，支撑连接件6还可用于工作环境不太恶劣的其他压力传感器(不配置导压保护材料508、填充块8)，在框体601内填充导压保护材料时即可对压力感测元件501进行单独保护，此时可在引入大气压力的孔上像现有技术中那样设置防水结构，例如防水透气膜。

本公开内容的范围不是由详细描述限定，而是由权利要求及其等同方案限定，并且在权利要求及其等同方案范围内的所有变型都解释为包含在本公开内容中。

Claims (10)

1.一种表压传感器，其特征在于，包括：

外壳，其上设有引入大气压力的孔；

连接于外壳下端并与外壳合围成一安装腔的压力接入件(2)，压力接入件(2)内设有引入待测压力介质的压力通道(4)；

设置于安装腔内的压力感测组件(5)，包括第一电路板(504)及与之电连接压力感测元件(501)，压力感测元件(501)的第一压力接收面连通至压力通道(4)，压力感测元件(501)的第二压力接收面暴露于安装腔内；

一端电连接至压力感测组件(5)的第一电连接件(305)，第一电连接件(305)的另一端朝外穿设所述外壳；

设置于安装腔内的填充块(8)；

及填满于安装腔内并朝外延伸至所述孔内的导压保护材料(508)。

2.根据权利要求1所述的表压传感器，其特征在于，压力感测组件(5)还包括间隔地设置于第一电路板(504)上方的第二电路板(7)，及用于机械连接第一电路板(504)与第二电路板(7)的支撑连接件(6)；第一电路板(504)、第二电路板(7)及第一电连接件(305)之间通过一第二电连接件(900)电连接。

3.根据权利要求2所述的表压传感器，其特征在于，第二电连接件(900)为一柔性电路板，柔性电路板依次包括连接于第一电路板(504)上的第一连接部(906)、固定于第二电路板(7)上表面的第二连接部(907)及固定连接于第一电连接件(305)上的第三连接部(905)；填充块(8)固定于第二连接部(907)的上侧。

4.根据权利要求3所述的表压传感器，其特征在于，填充块(8)、第二电路板(7)、第二连接部(907)及支撑面上设置有向下将大气压力传导至压力感测元件(501)的大气压导入通道。

5.根据权利要求2所述的表压传感器，其特征在于，所述支撑连接件(6)的下端粘接于第一电路板(504)上，支撑连接件(6)的上端卡接于第二电路板(7)上。

6.根据权利要求1所述的表压传感器，其特征在于，所述孔包括用于向安装腔内注入导压保护材料(508)的注入孔(308)及用于排出安装腔内气体的排气孔(307)。

7.根据权利要求1所述的表压传感器，其特征在于，压力感测组件(5)还包括一基板(502)，基板(502)的一侧固定于压力接入件(2)且位于安装腔内，基板(502)上设有两端连通第一压力接收面和压力通道(4)的通孔(507)，第一电路板(504)固定于基板(502)的远离压力接入件(2)的一侧。

8.根据权利要求1所述的表压传感器，其特征在于，外壳包括壳体(1)和固定连接于壳体(1)上端的端钮(3)，第一电连接件(305)朝外穿设端钮(3)的底板(302)。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的表压传感器，其特征在于，填充块(8)为轻质材料。

10.根据权利要求9所述的表压传感器，其特征在于，填充块(8)对导压保护材料(508)具有非透过性。