TW201712310A - 壓力感測器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種壓力感測器(10)包括陶瓷感測器(18)，該陶瓷感測器(18)容置在本體(14)與固定座(16)之間。於感測器(18)的端表面(38a)上，使用厚膜電阻膏材料以網印方式將複數個電阻體(40a至40d)印刷與焙燒成一直線。

Description

壓力感測器及其製造方法
本發明係關於感測器，尤其係關於壓力感測器，用以偵測流體通道內流動的壓力流體的壓力，及關於製造壓力感測器的方法。
以往使用在水、油及化學溶劑等類似物質的製造生產線中，通常會使用壓力感測器以達成量測流體壓力的目的。此類型的壓力感測器，舉例來說，有如歐洲專利號2175252所揭露的內容，包括陶瓷感測器及設置在該陶瓷感測器表面之多個電阻體，當該陶瓷感測器設置在本體內部的狀態下，電阻體會因從接口導入本體內部的流體壓力而變形，再根據對應該變形量的輸出電壓去測量壓力。電阻體係例如經由印刷，如網版印刷或類似方式之厚膜印刷，對感測器的表面配置成實質上菱形的形狀，其後再經由焙燒而製成。
然而，於前述壓力感測器中，由於該些電阻體配置成實質上菱形的形狀，在網版印刷過程中使用網 遮罩印刷膏材料以形成這些電阻體時，由於上述的配置方式，無法同時印刷所有的電阻體，而產生印刷時間點的小差異。
因此，由於電阻體印刷時間點的差異，致使各別電阻體印刷條件差異的產生，使得電阻體的厚度變得不一致。於是，使各別電阻體的電阻值亦產生變異，使得調整其電阻值的操作變得複雜，導致生產效率的降低。
本發明之概要目的是提供一種壓力感測器，其電阻體可被簡易且同時製作完成，藉此提升製程便利性及產品品質，同時也提供此種壓力感測器的製作方法。
本發明提供的壓力感測器包括：本體，具有流體通道以使壓力流體引入本體中；及陶瓷感測器，設置在本體的一端並具有薄型隔膜部分面向流體通道，其中，在隔膜部分上，有複數個電阻體經由厚膜印刷方式印刷成一直線，且彼此以預定間隔距離分開設置。
根據本發明，於壓力感測器中具有設置在本體的一端的陶瓷感測器，而在陶瓷感測器的薄型隔膜部分上，該複數個電阻體係以厚膜印刷方式印刷成一直線，且彼此以預定間隔距離分開設置。
於是，當該複數個電阻體以厚膜印刷方式印刷時，由於電阻體可同時被印刷，使印刷條件及膜厚度具有一致性。因此可改善產品品質，同時，由於不再需要對這些電阻體進行調整操作，使得製程便利性大為提升。
另外，本發明提供的具有陶瓷感測器的壓 力感測器的製造方法包括步驟：在執行對感測器的表面處理後，使用導電膏材料以厚膜印刷方式對感測器的端表面進行電線的印刷與焙燒；及藉由將釕類的厚膜電阻膏材料相對網遮罩刮動，同時於該厚膜電阻膏材料被刮動方向的垂直方向上，藉由厚膜印刷將電阻體印刷與焙燒成一直線。
根據本發明，藉由使用導電膏材料以厚膜印刷將電線印刷並焙燒到感測器的端表面之後，該複數個電阻體係在該厚膜電阻膏材料被刮動方向的垂直方向上，以厚膜印刷方式印刷且焙燒到感測器的端表面成一直線。
如此一來，由於該複數個電阻體可同時透過厚膜電阻膏材料對感測器印刷，可達到印刷條件與膜厚度的一致性，其可使各別電阻體的電阻值維持相同。如此，不再需要對這些電阻體進行調整操作，而在改善製程便利性的同時，製作出具有高品質的壓力感測器。
本發明之以上及其他目的、特徵及優點透過以下說明及附圖圖式呈現的較佳示例性的實施例將會更為明瞭。
10‧‧‧壓力感測器
12‧‧‧流體通道
14‧‧‧本體
16‧‧‧固定座
18、18a‧‧‧感測器
20‧‧‧第一鎖固區段
22‧‧‧密封環
24‧‧‧定位銷
26‧‧‧第二鎖固區段
28‧‧‧流體導引接口
30‧‧‧螺帽區段
32‧‧‧開口
34‧‧‧壓制部分
36‧‧‧內螺旋部分
38‧‧‧基體
38a‧‧‧端表面
40a至40d、60a至60d‧‧‧電阻體
42‧‧‧電線
44‧‧‧電極
46‧‧‧第一保護膜
48‧‧‧第二保護膜
50‧‧‧凸出件
52‧‧‧凹部
54‧‧‧溝槽
56‧‧‧隔膜部分
58‧‧‧導線
第1圖為根據本發明實施例所揭露的一種壓力感測器之截面示意圖；第2圖為第1圖壓力感測器中的感測器的局部放大截面示意圖； 第3圖為第1圖壓力感測器中的感測器的前視圖；第4A圖為第3圖感測器中電阻體配置方式的前視圖；及第4B圖為根據習知技術於感測器中電阻體配置方式的前視圖。
如第1圖所示，壓力感測器10包括：本體14，具有流體通道12使壓力流體被導引進入；固定座16，安裝在本體14的一端；感測器18，設置在固定座16內部且位在固定座16與本體14之間。
本體14例如是由金屬材料製成，並具有第一鎖固區段20設在本體14該端的外環表面，且具有圓形的截面形狀。固定座16，將容後詳加說明，藉由螺絲鎖固連接至本體14成為一體。另外，有一個密封環22設置在該本體的端表面上的環狀溝槽中，並抵靠在以下說明的感測器18的下表面。密封環22的形狀只要為環狀可為圓形或方形。
更進一步，在本體14的端面設有定位銷24(見第3圖)朝遠離該端的方向(箭頭A方向)上凸出特定的高度，以嵌入感測器18的溝槽54(於以下說明)。
另一方面，相似於該端側，第二鎖固區段26形成於本體14另一端的外環表面上。此第二鎖固區段26是透過例如螺絲鎖固連接到流體壓力裝置(未繪示)的接口，而於該另一端的端表面開口的流體導引接口28是形成 於該另一端的中心。此外，流體導引接口28是沿著本體14的中心軸方向形成(箭頭A與B方向)，並與貫穿本體14該端的流體通道12相通。
此外，截面六邊形的螺帽區段30沿著該軸方向(箭頭A與B方向)形成於本體14實質上中心部分的外環表面。利用工具(未繪示)夾持螺帽區段30並旋轉本體14，本體14可透過第二鎖固區段26連接至流體壓力裝置(未繪示)或類似的其他裝置。
固定座16，舉例來說，是由金屬材料(如銅或不銹鋼等)形成底部圓筒狀，而在其底部該端的中心處形成有延著軸方向(箭頭A與B方向)貫穿的開口32。此外，壓制部分34形成於開口32的外環部分。更進一步，固定座16在另一端側(箭頭B方向)的內環表面上設有內螺旋部分36，用以與本體14的第一鎖固區段20鎖緊結合。另外，固定座16藉由內螺旋部分36同軸向鎖固連接，進而包覆本體14的該端部。
如第1圖至第3圖所示，感測器18是由陶瓷材料形成，該陶瓷材料可為氧化鋁(Al2O3)或其他類似成分。感測器18包括：基體38，其截面形狀為U型且其實質上中心部分具有凹部52；多個電阻體40a至40d，係設置在基體38的端表面38a；電極44，以電線42連接至電阻體40a至40d；第一與第二保護膜46、48，覆蓋住電阻體40a至40d形成雙層結構；及多個凸出件50，係從端表面38a凸出。
此外，在凹部52設置成面向本體14側(箭頭B方向)的流體通道12的狀態下，感測器18是容置且保持在固定座16與本體14之間。
如第3圖所示，舉例來說，有多個溝槽54形成於基體38的外環表面上，且其係於截面上形成徑向內凹入的半圓形，並沿著軸方向(箭頭A與B方向)延伸。此外，當感測器18組裝至本體14的該端時，定位銷24會各別嵌入這些溝槽54中，藉此將感測器18在圓周方向上定位住。換句話說，感測器18相對於本體14的旋轉已被限制住。
另一方面，在基體38實質上中心部分，設具有預定厚度且實質上圓形的隔膜部分56於端表面38a(箭頭A方向)相對於凹部52的一側。此隔膜部分56形成比基體38的外環區域更薄，而作用如應變規的多個電阻體40a至40d設置在隔膜部分56的表面。電阻體40a至40d可藉由印刷跟焙燒製成，例如使用厚膜印刷技術如網印或類似技術。電阻體40a至40d設置成一直線，並以預定間隔距離彼此相隔開。
另外，電阻體40a至40d例如可透過焙燒釕(Ru)基底的厚膜電阻膏材料形成。
再者，如第3圖所示，連接至電阻體40a至40d的電線42與電極44是利用導電膏材料印刷後再進行焙燒而形成，而電線42係各別連接至設置在基體38外緣部分的電極44。
如第2圖所示，第一保護膜46相對於基體38的端表面38a設置以覆蓋住電阻體40a至40d，且該第一保護膜46是藉由印刷跟焙燒低熔點玻璃形成。藉此，可保護電阻體40a至40d，並確保其防潮及絕緣的特性。
第二保護膜48設置成覆蓋第一保護膜46，並藉由印刷跟焙燒有機材料如環氧樹脂(epoxy resin)、酚醛樹脂(phenol resin)或類似材質所形成。
另外，如第2圖及第3圖所示，多個凸出件50設置在基體38的端表面38a，且在隔膜部分56徑向的外側位置上，從端表面38a凸出預定高度。這些凸出件50截面形狀例如為矩形，相對於隔膜部分56的高度約為20微米(μm)至40微米，且可從與電阻體40a至40d相同的材料形成。凸出件50較好應藉由印刷跟焙燒與電阻體40a至40d相同的材料所形成，並具有與電阻體40a至40d相同的高度，而且在形成電阻體40a至40d時一併形成凸出件50。
凸出件50係以複數的形式(例如4個)設置，彼此以等圓環間隔相對於基體38的中心設置。凸出件50的位置(角位置)設置使固定座16相對於本體14螺絲鎖緊時，當外力(鎖緊力)從固定座16於垂直方向上施加到感測器18的端表面時，設置在隔膜部分56上的電阻體40a至40d較不易因為外力而遭受變形。另外，這些凸出件50較好分別地設置在對隔膜部分56徑向遠離的位置上。
於此，以凸出件50設置在相對基體38各個 溝槽54於圓周方向上偏移45度角的四個位置之情形做說明。
此外，在感測器18容置在固定座16的內部之狀態下將固定座16與本體14鎖固在一起時，感測器18係在固定座16的壓制部分34抵靠著感測器18的凸出件50之狀態下固定而垂直方向(軸方向)上施加的鎖緊力施加在凸出件50上。
再者，上述第一與第二保護膜46、48的形成也可用以覆蓋住凸出件50。
根據本發明實施例，壓力感測器10的構造基本上如上述說明。以下，將說明包括有電阻體40a至40d的感測器18的製造方法。
首先，執行對於基體38的清潔、烘烤等表面處理操作，該基體38是由陶瓷材料如氧化鋁(aluminum oxide)或類似材質製成。
接著，透過網印或類似方式將包括例如金、銀、鈀、鎳、銅等類似材質之導電膏材料，對於前述基體38的端表面38a印刷好電線42之後，再利用焙燒將電線42固定。
之後，將釕類的厚膜電阻膏材料置於網遮罩(未繪示)上，以刮刀(未繪示)向直線方向(第4A圖的箭頭C方向)刮動電阻膏材料，透過印刷圖案的轉移，使電阻體40a至40d從厚膜電阻膏材料印刷出來。
此時，如第4A圖所示，以刮刀(未繪示)刮 動厚膜電阻膏材料的方向(箭頭C方向)是垂直於電阻體40a至40d排列配置的直線方向。
因此，藉由使用厚膜電阻膏材料與具有印刷圖案的網遮罩，電阻體40a至40d可同時被印刷至基體38的端表面38a上。
換言之，複數個電阻體60a至60d例如配置成實質上菱形而非直線的例子中，如第4B圖根據習知技術所示的感測器18a，當厚膜電阻膏材料沿著箭頭C方向被刮動時，電阻體60a是最先被印刷，接著同時印刷電阻體60b、60c，最後才是電阻體60d。更具體來說，當印刷複數個電阻體60a至60d，因印刷時間點不同會產生印刷過程的時間差，因此，同時產生印刷條件的差異，而膜厚度的變異也會發生。
接著，藉由印刷及焙燒低熔點玻璃於基體38的端表面38a上，以使第一保護膜46相對端表面38a形成，進而覆蓋電阻體40a至40d。藉此，電阻體40a至40d可被保護住，同時提供其防潮與絕緣的特性。
在前述電阻體40a至40d發生印刷變異的情形下，為了調整電阻值變異，可對以串聯或並聯的方式連接電阻體40a至40d的厚膜電阻體(未繪示)執行修剪以進行調整電阻值，其中例如是以雷射或類似方式進行修剪。
最後，透過印刷及焙燒有機材料例如是環氧樹脂、酚醛樹脂或類似材質，形成第二保護膜48以覆蓋住第一保護膜46，藉此保護修剪元件，而感測器18的製 作到此完成。
上述的第一與第二保護膜46、48可形成只覆蓋電阻體40a至40d的部分，或是除了電阻體40a至40d以外更延伸至感測器18的外緣部分以覆蓋該些凸出件50。
以下簡略說明壓力感測器10的操作方法，此壓力感測器10係依照上述方式組裝。於此說明中，壓力感測器10是被設置成其本體14的該另一端螺絲鎖固到流體壓力裝置(未繪示)的接口。
壓力流體從流體壓力裝置(未圖示)而來，經由本體14的流體導引接口28被導入流體通道12，壓力流體即流經流體通道12並朝感測器18側流動(箭頭A方向)；而被導引至凹部52後，隔膜部分56會被壓力流體的壓力向上(箭頭A方向)擠壓而產生變形。
由於隔膜部分56的變形，其導致設置在隔膜部分56上的電阻體40a至40d的變形，而電阻體40a至40d將變形量轉換為電子訊號。其後，電子訊號再由電線42輸出到電極44。此外，透過各別連接到電極44的導線58輸出電壓至量測裝置(未繪示)或類似裝置。根據電壓值，壓力流體的壓力因而可被測量出來。
於上述方式中，根據本發明，藉由使用釕類的厚膜電阻膏材料將複數個設置在構成壓力感測器10的感測器18端表面38a的電阻體40a至40d排列配置成一直線，使電阻體40a至40d可透過例如網印的方式同時被印刷形成。
如此，即使在提供複數個電阻體40a至40d的情形下，各別電阻體40a至40d的印刷條件可保持一致，而其各別的膜厚度也可維持一致。因此，可達成各個電阻體40a至40d的電阻值相同的情形，進而不需再執行因調整電阻體40a至40d的電阻值所需的修剪步驟，而可縮短製程時間，增加製程便利性同時改善製程良率。
該複數個電阻體40a至40d並不一定侷限於上述排列成單一列直線的例子。舉例來說，也可將電阻體40a至40d同時印刷配置成兩列的直線。如此，使其印刷條件與膜厚度一致，進而可縮短製程時間。
另外，由於該複數個電阻體40a至40d的電阻值一致，即使在環境溫度變動的情形下，電阻體40a至40d的電阻值也會以相同方式變動，因此可展現較佳的溫度特性。
本發明的壓力感測器及其製造方法業經使用較佳示例性之具體實施例予以揭示。惟，應理解本發明之範疇並不受限於所揭露之具體實施例。相反地，其欲涵蓋多種修改及類似重組。申請專利範圍之範疇應為最廣泛之定義，以涵蓋全部此等修改及類似之配置。
16‧‧‧固定座
18‧‧‧感測器
24‧‧‧定位銷
38‧‧‧基體
38a‧‧‧端表面
40a至40d‧‧‧電阻體
42‧‧‧電線
44‧‧‧電極
46‧‧‧第一保護膜
48‧‧‧第二保護膜
50‧‧‧凸出件
54‧‧‧溝槽
56‧‧‧隔膜部分
58‧‧‧導線

Claims (4)

  1. 一種壓力感測器(10)，包括：本體(14)，包括流體通道(12)以導入壓力流體；及陶瓷感測器(18)，設置在該本體(14)的一端，並包括面向該流體通道(12)的薄型隔膜部分(56)；其中，於該隔膜部分(56)上，設置以預定間隔彼此分隔設置且排列成一直線的複數個電阻體(40a至40d)，其係以厚膜印刷的方式形成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該複數個電阻體(40a至40d)係排列成至少一列或更多列。
  3. 一種用於製造具有陶瓷感測器(18)的壓力感測器的製造方法，包括步驟：在執行對該陶瓷感測器(18)的表面處理後，使用導電膏材料以厚膜印刷方式對該陶瓷感測器(18)的端表面進行電線的印刷與焙燒；及藉由將釕類的厚膜電阻膏材料對網遮罩刮動，同時於該厚膜電阻膏材料被刮動方向的垂直方向上，藉由厚膜印刷方式將複數個電阻體(40a至40d)印刷與焙燒成一直線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之製造方法，更包括下列步驟：以低熔點玻璃形成的第一保護膜(46)覆蓋住該複數個電阻體(40a至40d)；及在調整該複數個電阻體(40a至40d)的電阻值之 後，以有機材料形成的第二保護膜(48)覆蓋住該第一保護膜(46)。
TW105120153A 2015-09-18 2016-06-27 壓力感測器及其製造方法 TWI664406B (zh)

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