CN2483705Y - 纳米压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种纳米压力传感器,它由引压嘴、圆杯形纳米应变敏感元件、内引线装置、电路元件板、外引线装置、外罩组成,其特征是:引压嘴与圆杯形纳米应变敏感元件构成压力腔。起隔离、应变、钝化作用的纳米材料涂覆在敏感元件弹性体的外端面,通过光刻、微细加工等现代技术形成电桥的四个应变电阻,当介质的压力进入压力腔后,电桥的四个纳米应变电阻发生变化,电桥失出平衡,输出与压力成正比的电信号。本实用新型具有高精度、高可靠性、高稳定性、宽温度适用范围、耐恶劣环境等优良性能。
Description
本实用新型涉及一种应变式纳米压力传感器,它属于特种电子元器件。
在航天飞行器、飞机、舰船、战车、坦克等装备上,在油田勘测、井下压力测量、发动机及液压机械以及供排水装置的压力测量等工程中,都需要使用压力传感器。目前,应变式压力传感器有三种类型,第一种是采用有机胶将应变箔片粘贴在压力腔的弹性膜片上,由于有机胶老化产生蠕变的影响,压力传感器的稳定性和可靠性差,电气性能随温度变化较大,工作温度范围窄;第二种是采用丝网印刷方法,将应变材料印刷在压力腔的弹性膜片上,这种传感器的精度不高,工作温度范围窄;第三种是采用薄膜工艺,将应变材料沉积在压力腔的弹性膜片上,这种传感器稳定性有明显提高,可靠性也较好,工作温度范围较上述二种传感器有所加宽,但生产工艺复杂、成品率很低、价格昂贵。
本实用新型的目的就是要克服现有技术的上述缺点,提供一种应用纳米应变材料,采用丝网印刷、压制或原子搬迁方法,将纳米应变材料涂覆在压力腔弹性体膜片上而制成的一种性能优良、精度高、长期稳定性好、工作温度范围宽、抗恶劣环境的新型纳米压力传感器。
为了实现上述技术目的,本实用新型的技术方案是:本实用新型由引压嘴、圆杯形纳米应变敏感元件、内引线装置、电路元件板、外引线装置、外罩等组成,其特征是:压力敏感元件是采用作用不同的纳米材料制成,圆杯形敏感元件的底部是压力腔的弹性膜片,膜片上有三层纳米材料涂层,第一层涂覆纳米二氧化硅(SiO2)或金属氧化物如三氧化二铝(Al2O3);第二层涂覆纳米镍铬(Ni-Cr)合金材料;第三层涂覆纳米二氧化硅(SiO2)或三氧化二铝(Al2O3)材料,各层之间的界面处的纳米原子互相扩散、熔合形成牢固的夹层结构,夹层的外表面上采用集成电路光刻工艺、微细加工技术制作而成电桥臂的四个纳米应变电阻,这四个纳米应变电阻构成了压力敏感元件,当流体介质的压力通过引压嘴进入压力腔并作用在敏感元件上,四个纳米应变电阻阻值发生变化,电桥失出平衡,输出与压力成正比的电信号,以达到检测介质压力的目的。
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
图1为本实用新型纳米压力传感器结构原理图。
图2为本实用新型图1的圆形杯纳米应变敏感材料夹层结构示意图。
图3为本实用新型图2夹层上部应变纳米电阻位置示意图。
图4为本实用新型图3的四个应变电阻构成的电桥示意图。
如图1、2、3、4所示,本实用新型是由引压嘴(1)、圆杯形纳米应变敏感元件(2)、内引线装置(3)、电路元件板(4)、外引线装置(5)、外罩(6)组成;图1中的引压嘴(1)与圆杯形纳米应变敏感元件(2)焊接构成压力腔,内引线装置(3)焊在圆杯形纳米应变敏感元件(2)顶部外侧壁上;电路元件板(4)通过三个螺钉固定在圆杯形纳米应变敏感元件(2)顶部外圆周上的三个定位孔上;外引线装置(5)的引线一端焊接在电路元件板(4)上,另一端焊接在外罩(6)的航空插座上;外罩(6)与引压嘴(1)密封焊接,成为一个整体。
图3中的圆杯形纳米应变敏感元件是由金属(或陶瓷)制成的圆形杯状体,其底端是弹性体膜片,在它的外表面上涂覆三层纳米材料,第一层是4μm(微米)厚的纳米SiO2或Al2O3材料,它作为敏感元件的电气隔离层;第二层是600nm(纳米)厚的纳米Ni-Cr合金材料,它作为应变电阻材料,构成电桥臂的四个应变电阻;第三层是200nm(纳米)厚的SiO2或Al2O3材料,它对电桥臂的四个纳米应变电阻起保护、钝化作用。
图3是图2中三层纳米材料夹层,经光刻工艺,微细加工工艺制作的四个纳米应变电阻的示意图,即R1、R2、R3、R4。
图4是图3涂层上制作的四个纳米应变电阻构成的电桥连接示意图,电阻上箭头方向表示受压发生应变后,电阻值增加或减少的情况。
本实用新型是这样实现的:当被测介质(液体、气体)的压力通过引压嘴进入压力腔后,压力作用在圆杯形压力敏感元件的弹性体上,弹性体发生形变,引起电桥臂上的应变电阻阻值发生变化,电桥失去平衡,从而输出与压力成正比的电信号,以实现对被测介质压力的测量;电路元件板(4)是一种通用的温度和线性度补偿电路,电桥的输出信号经过电路元件板(4)处理后,其线性度和温度特性能得到很好的补偿与校正。
本实用新的特点是:采用纳米材料制作压力传感器,传感器的精度高:0.05%F.S-0.1%F.S;长期稳定性好:0.1%F.S/年;工作温度宽:低温-100℃、高温300℃;同时具有动态性能好,可靠性高,抗震动,耐冲击,能承受电磁辐射等优良特点。
Claims (6)
1、一种纳米压力传感器,它由引压嘴(1)、圆杯形纳米应变敏感元件(2)、内引线装置(3)、电路元件板(4)、外引线装置(5)、外罩(6)组成,其特征是:所述引压嘴(1)与圆杯形纳米应变敏感元件(2)焊成一体,购成压力腔;
2、如权利要求书1所述的纳米压力传感器,其特征是:圆杯形纳米应变敏感元件(2)是由金属(或陶瓷)制作而成的一个圆形杯状体,其底部作为敏感元件的弹性体,它的外表面涂覆三层不同作用的纳米材料,第一层是4μm(微米)厚的纳米SiO2或Al2O3材料,它起电气隔离作用;第二层是600nm(纳米)厚的纳米Ni-Cr合金应变材料,用来构成电桥四个纳米应变电阻;第三层是200nm(纳米)厚的纳米SiO2或Al2O3材料,它对四个纳米应变电阻起保护、钝化作用;当液体或气体介质的压力通过引压嘴(1)进入压力腔并作用在圆杯形纳米应变敏感元件(2)的敏感弹性体上,使之发生形变,其臂上的纳米应变电阻阻值发生变化,电桥失出平衡,输出与压力成正比的电信号;
3、如权利要求书1所述的纳米压力传感器,其特征是:内引线装置(3)焊接在圆杯形纳米应变敏感元件(2)的顶部外侧壁上;
4、如权利要求书1所述的纳米压力传感器,其特征是:电路元件板(4)用三个螺钉固定在圆杯形纳米应变敏感元件(2)的顶部外圆周上;
5、如权利要求书1所述的纳米压力传感器,其特征是外引线装置(5)的引线一端焊在电路元件板(4)上,另一引线端焊在外罩(6)的航空插座上;
6、如权利要求书1所述的纳米压力传感器,其特征是:外罩(6)与引压嘴(1)密封焊接成一体。
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