陶瓷壓力傳感器及差壓傳感器制造技術

一種陶瓷壓力傳感器及差壓傳感器，其基座和膜片用同種陶瓷材料制作，基座上設通氣孔，基座與膜片的對應面分別設表面覆蓋無機材料絕緣層的電極，基座和膜片的周邊均用無機材料設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封。電極采用金薄膜，其引出線從基座上的金屬化小孔或基座側壁上的金屬化溝槽內引出，與位于基座上的專用處理電路連接。蠕變小，反應速度快，溫度穩定性好，耐腐蝕，抗干擾和抗過載，精度高。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于壓力檢測
，特別涉及一種陶瓷壓力傳感器及差壓傳感器。現有技術中用于檢測壓力的傳感器，主要有電阻應變片式、硅擴散片式、壓電式、電感式、電容式等形式的壓力傳感器。這些傳感器各有利弊，它們的缺點主要有線性差、重復性差，滯后、蠕變嚴重，反應速度慢，溫度穩定性不好，抗沖擊。抗過壓能力差；或測量范圍小或溫度和時間穩定性較差，而且體積較大。日前已有幾個改進方案，例如，ZL87209178公開了一種耐高溫抗振型電容壓力傳感器，包括一個由75氧化鋁陶瓷材料制成的基座和一個由95氧化鋁陶瓷材料制成的膜片，基座和膜片分別制備一對銀電極，上述基座和膜片之間用云母片隔開并用鉛玻璃固定在一起形成一介質腔，構成壓力傳感器。US4388668公開了一種電容壓力傳感器，包括由陶瓷材料制成的一個基座和一個膜片，基座和膜片分別制備一個金屬電極，上述基座和膜片之間用玻璃隔離層隔開并固定在一起形成一介質腔，構成壓力傳感器。US4531415公開了一種電容差壓傳感器，包括由陶瓷材料制成的一個基座和兩個膜片，基座兩面和膜片的一面分別制備一個金屬電極，上述基座和膜片之間用玻璃隔離層隔開并固定在一起形成兩個介質腔，構成差壓傳感器。中國專利申請95103518.5公開了一種電容壓力傳感器或差壓傳感器，對上述美國專利進行了改進，在陶瓷基座的電極上覆蓋了一層高溫玻璃絕緣層防止電極短路。ZL87209178存在如下不足1.基座和膜片的材料熱膨脹系數不一致，難以保證傳感器封接的可靠性和測量的穩定性2.銀電極表面粗糙、難以形成表面平整光滑的電極層，給后工序加工帶來難度，容易造成電極短路，且銀電極易氧化、不耐腐蝕，難以在其表面覆蓋無機絕緣材料。3.用云母片來控制電容間隙有一定工藝難度。中國專利申請95103518.5公開的電容壓力傳感器，由于系周邊支撐圓盤結構單電容，未能解決當大壓力時，由于邊緣效應，存在的較大的非線性；傳感器本身不帶處理電路，由于分布電容的影響，難于遠距離使用；基座不帶排氣孔，密封時內部氣體和揮發物在高溫下難排除，因而封接質量不高。中國專利申請95103518.5公開的電容壓力傳感器或差壓傳感器，采用同一種的原始玻璃材料加工絕緣層和其邊緣層厚度增加的隔離層，及加熱密封的工藝，較難控制。上述壓力傳感器和壓差傳感器的改進型另加一層用陶瓷或高溫玻璃制備的可磨削加工的絕緣層，并在其上制備隔離層的方法，除增加了介質厚度使傳感器電容量變小，增加了加工難度外，其意義不大。本專利技術的目的是提供一種蠕變小，反應速度快，溫度穩定性好，耐腐蝕，抗干擾和抗過載，精度高的陶瓷壓力傳感器及差壓傳感器。具體技術方案為設計一種陶瓷壓力傳感器，包括基座、膜片和分別設置在基座及膜片上的電極，其特征在于基座和膜片用同一種陶瓷材料制作，基座上設置通氣孔，基座與膜片的對應面上分別設置電極，電極表面覆蓋無機材料的絕緣層，陶瓷基座和膜片的周邊均用無機材料設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封，電極分別從基座上的金屬化小孔或基座側壁上的金屬化溝槽內引出。上述的陶瓷壓力傳感器，其電極采用導電金薄膜，電極引出線與位于基座上的專用處理電路連接。上述的陶瓷壓力傳感器，其基座與膜片的組合可以是一個基座和一片膜片的組合，也可以是一個基座和兩片膜片的組合。上述的陶瓷壓力傳感器，其特征在于基座和兩片膜片的組合中，基座的中間至少有一個小孔連通兩介質腔，其中一個孔與側面的排氣孔連通，基座居中與膜片對應的兩平行表面分別設置雙電極，膜片與基座對應的面上設置單電極，電極表面覆蓋無機材料的絕緣層，陶瓷基座和膜片的周邊分別用無機材料各設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封為兩個介質腔，構成兩組四個電容器，電極引出線與位于基座上的專用處理電路連接。設計一種陶瓷差壓傳感器，包括基座、膜片和分別設置在基座及膜片上的電極，其特征在于基座和膜片用同一種陶瓷材料制作，在基座中心有多個小孔，其中一個孔與側面的排氣孔連通，居中的基座與膜片對應的兩平行表面分別設置單電極，兩片膜片與基座對應的面上分別設置單電極，電極表面覆蓋無機材料的絕緣層，陶瓷基座和膜片的周邊分別用無機材料各設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封為兩個介質腔，電極分別從基座側壁上的金屬化溝槽引出。上述的陶瓷差壓傳感器，其電極引出線與位于基座上的專用處理電路連接。上述的陶瓷差壓傳感器，其兩個介質腔均充填硅油。設計一種陶瓷差壓傳感器，包括基座、膜片和分別設置在基座及膜片上的電極，其特征在于基座和膜片用同一種陶瓷材料制作，在兩個基座中心至少各有一個兼作通氣和壓力信號輸入口的小孔，兩個基座與膜片對應的面上設置單電極，居中的一片膜片兩面與基座對應的面上分別設置單電極，電極采用導電金薄膜材質，電極表面覆蓋無機材料的絕緣層，陶瓷基座和膜片的周邊分別用無機材料各設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封為兩個介質腔，電極分別用基座側壁上的金屬化溝槽引出。上述的陶瓷差壓傳感器，其特征在于其電極引出線與位于基座上的專用處理電路連接。上述的陶瓷壓差傳感器，其特征在于兩個介質腔內均充填硅油。本專利技術與現有技術相比，具有1.采用增韌的微晶氧化鋁陶瓷制造壓力傳感器，解決了普通氧化鋁陶瓷強度低、表面粗糙，不適合壓力傳感器加工的問題，由于陶瓷材料韌性的提高，膜片的力學敏感性大為提高，傳感器采用非充液干式設計，使傳感器的加工精度大大提高，蠕變特性大大改善；2.傳感器基座和膜片全部采用同一種陶瓷材料制備，絕緣膜、介質腔凸臺、密封材料全部選用與陶瓷體熱膨脹系數相近的不同的材料，并采用不同的工藝制造，解決了陶瓷壓力傳感器的封接質量差、熱穩定性不好的問題本專利技術傳感器介質腔厚度低于100μm，因而抗沖擊、抗過壓能力較強；3.采用金薄膜電極，解決了傳感器電極易氧化、耐腐蝕性差的問題；4.采用雙電容修正和電路修正兩級方案，解決了壓力傳感器由于邊緣效應造成的非線性大的問題5.給壓力傳感器增加一通氣口，改善了封接質量；并有加管口的改型設計，使其適合于測量相對壓力和某些特定的條件下(例如非腐蝕性氣體)測量壓差使用；6.壓力傳感器采用雙膜片改型設計，使其適合于測量微壓；7.為壓力傳感器配備了一體化的處理電路，該電路同時具有信號轉換、放大、溫度補償、線性修正、零點量程調節等功能。將隨壓力變化的測量電容與參照電容量的差值信號轉變為電壓、電流信號后輸出，抗干擾能力強、可以遠距離傳輸；8.差壓傳感器的雙膜片設計，可以在高靜壓下測量壓差9.差壓傳感器的單膜片改型設計，采用非充液干式設計，體積大大縮小、穩定性明顯改善。以下結合附圖和實施例對本專利技術作進一步闡述附圖說明圖1是本專利技術一個實施例中所示的一種陶瓷壓力傳感器的結構示意圖；圖2是圖1中的電極在基座上布置形態舉例示意圖圖3是圖1中的電極在膜片上布置形態舉例示意圖圖4是另一個實施例中所示的一種帶通氣管口的陶瓷壓力傳感器的結構示意圖；圖5是圖4中的電極在基座上布置形態舉例示意圖；圖6是另一個實施例中所示的一種測量微壓的陶瓷壓力傳感器的結構示意圖；圖7是另一個實施例中所示的一種雙膜片陶瓷差壓傳感器的結構示意圖圖8是另一個實施例中所示的一種單膜片陶瓷差壓傳感器的結構示意圖。實施例一圖1所示的實施例中陶瓷壓力傳感器包括一塊基座1和一片膜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陶瓷壓力傳感器，包括基座、膜片和分別設置在基座及膜片上的電極，其特征在于基座和膜片用同一種陶瓷材料制作，基座上設置通氣孔，基座與膜片的對應面上分別設置電極，電極表面覆蓋無機材料的絕緣層，陶瓷基座和膜片的周邊均用無機材料設置一圈凸臺，凸臺的對應面中間用封接玻璃層密封，電極分別從基座上的金屬化小孔或基座側壁上的金屬化溝槽內引出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李士忠，石汝軍，李巖，翟鵬，孫洪方，郭益平，王成禮，鄭麗娟，
申請(專利權)人：山東省硅酸鹽研究設計院，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]