一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，包括瓷環(huán)，通過玻璃釉漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)上部的陶瓷彈性膜片，以及通過導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)下部的信號調(diào)理電路；所述陶瓷彈性膜片上均勻設(shè)置有與瓷環(huán)上的四個瓷環(huán)通孔分別連接的四個焊盤，以及與所述焊盤相連接以構(gòu)成惠斯頓電橋的四個橋路電阻；任意兩個所述焊盤與任意兩個所述橋路電阻之間分別設(shè)置有一個橋路修調(diào)電阻；所述瓷環(huán)和陶瓷彈性膜片為方形或圓形結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型將陶瓷彈性膜片通過玻璃釉漿料印刷燒結(jié)在瓷環(huán)上，克服了陶瓷膜片易碎的問題，確保了傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性；同時也將信號調(diào)理電路通過導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)在瓷環(huán)上，使得傳感器整體的精度更高，穩(wěn)定性更好。
【專利說明】一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的陶瓷壓力傳感器中，一般是采用三氧化二鋁陶瓷膜片作為壓力傳感器的應(yīng) 變彈性體，并在其表面采用厚膜工藝印刷燒結(jié)四個厚膜應(yīng)變電阻使之形成一個惠斯頓電 橋。當(dāng)陶瓷膜片在壓力作用下產(chǎn)生微量線性形變（如IObar0.3mm膜片從零到滿量程縱向 形變量為6-10μm)。橋路在激勵電壓下其輸出端將產(chǎn)生與壓力大小精密線性相關(guān)的電壓輸 出。
[0003]目前，陶瓷彈性體的承載體有兩種結(jié)構(gòu)：即齊平膜陶瓷壓力傳感器（Flush diaphragmceramicpressuresensor)和一體化陶瓷壓力傳感器（Integratedceramic pressuresensor)兩種。
[0004] 齊平膜陶瓷壓力傳感器由彈性膜片和瓷環(huán)兩部分組成。其中，瓷環(huán)形同一個杯子， 其中間有一個凹孔，瓷環(huán)周邊有多個通孔。彈性體厚度由量程確定，并將印有多個圓形焊盤 和橋路的膜片粘結(jié)到有多個通孔的圓形陶瓷環(huán)背面，使彈性膜片電極與瓷環(huán)通孔相對應(yīng)。 瓷環(huán)正面是一個平面、通過通孔與電橋回路聯(lián)接并設(shè)計(jì)平衡電阻，激光修調(diào)零位。這種齊平 膜結(jié)構(gòu)彈性膜片與瓷環(huán)是采用有機(jī)粘合劑存在線膨脹系數(shù)差異和粘結(jié)而成，其強(qiáng)度低，可 靠性差。
[0005] 而一體化陶瓷壓力傳感器外形亦如一個杯子，其平面部分是傳感器的彈性體，其 厚度由量程確定，陶瓷制造工藝采用彈性體和瓷環(huán)整體干壓成形，燒結(jié)后彈性體厚度需研 磨。彈性體印刷橋路和平衡電阻，激光修調(diào)零位。參見專利ZL200420054149.X。
[0006] 壓阻式陶瓷壓力傳感器具有優(yōu)異的線性精度，特別是耐腐蝕性和高可靠性，是其 它形式的壓力傳感器無可比擬的。在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域里有著重要位置。壓阻式陶瓷壓 力傳感器彈性膜片是三氧化二鋁陶瓷。針對氧化鋁陶瓷易碎的缺點(diǎn)，旨在研發(fā)具有高過載 性能的壓阻式陶瓷壓力傳感器具有重要的意義。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓 力傳感器，旨在克服陶瓷膜片易碎的缺點(diǎn)，大幅度提高過載和爆破壓力，從而提高其可靠 性。
[0008] 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓 力傳感器，包括瓷環(huán)，通過玻璃釉漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)上部的陶瓷彈性膜片，以及通過導(dǎo) 電漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)下部的信號調(diào)理電路；其中，所述陶瓷彈性膜片上均勻設(shè)置有與 所述瓷環(huán)上的四個瓷環(huán)通孔分別連接的四個焊盤，以及與所述焊盤相連接以構(gòu)成惠斯頓電 橋的四個橋路電阻；任意兩個所述焊盤與任意兩個所述橋路電阻之間分別設(shè)置有一個橋路 修調(diào)電阻；其中，所述瓷環(huán)和陶瓷彈性膜片均為方形或圓形結(jié)構(gòu)。
[0009] 進(jìn)一步的方案是，所述瓷環(huán)中部設(shè)置有瓷環(huán)盲孔，所述瓷環(huán)盲孔的直徑在3_8mm 之間，深度在2-4mm之間。
[0010] 進(jìn)一步的方案是，所述瓷環(huán)盲孔中部開設(shè)有表壓通孔，所述表壓通孔的直徑在 0. 3-1. 2mm之間。
[0011] 優(yōu)選的方案是，所述瓷環(huán)盲孔的直徑為5mm，深度為3mm。
[0012] 優(yōu)選的方案是，所述表壓通孔的直徑在0. 5-1.Omm之間。
[0013] 優(yōu)選的方案是，所述表壓通孔的直徑為0.8_。
[0014] 進(jìn)一步的方案是，所述信號調(diào)理電路上設(shè)置有與所述瓷環(huán)通孔對應(yīng)連接的通孔焊 盤，與所述表壓通孔對應(yīng)連接的表壓通孔焊盤，以及與外部柔性電路板連接的連接線。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型改進(jìn)了彈性膜片和瓷環(huán)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低了 制造成本，便于規(guī)?；a(chǎn)。同時將陶瓷彈性膜片通過玻璃釉漿料印刷燒結(jié)在瓷環(huán)上，克服 了陶瓷膜片易碎的問題，提高了傳感器機(jī)械強(qiáng)度，確保了傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性；同時也 將信號調(diào)理電路通過導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)在瓷環(huán)上，使得傳感器整體的精度更高，穩(wěn)定性更 好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1本實(shí)用新型的壓力傳感器整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2a本實(shí)用新型的傳感器彈性膜片圓形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2b本實(shí)用新型的傳感器彈性膜片方形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3a本實(shí)用新型的柔性電路板圓形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3b本實(shí)用新型的柔性電路板方形結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 圖1至圖3b所示，涉及一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，包括瓷環(huán)2,通過 玻璃釉漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)2上部的陶瓷彈性膜片1，以及通過導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)在該 瓷環(huán)2下部的信號調(diào)理電路3 ;其中，陶瓷彈性膜片1上均勻設(shè)置有與瓷環(huán)2上的四個瓷環(huán) 通孔21分別連接的四個焊盤11，以及與焊盤11相連接以構(gòu)成惠斯頓電橋的四個橋路電阻 10 ;任意兩個焊盤11與任意兩個橋路電阻10之間分別設(shè)置有一個橋路修調(diào)電阻12。
[0022] 本設(shè)計(jì)中的瓷環(huán)2和陶瓷彈性膜片1均可設(shè)計(jì)成方形或者圓形結(jié)構(gòu)，這樣可以滿 足不同場合的需要，降低了制造成本，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
[0023] 本設(shè)計(jì)中，在陶瓷彈性膜片與瓷環(huán)之間，采用傳統(tǒng)的玻璃釉漿料印刷燒結(jié)工藝進(jìn) 行連接，能夠保證保傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證其可靠性。在信號調(diào)理電路與瓷環(huán)之間， 采用傳統(tǒng)的導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)工藝進(jìn)行連接，使得傳感器整體的精度更高，穩(wěn)定性更好。
[0024] 其中，本設(shè)計(jì)中的信號調(diào)理電路3上具體還設(shè)置有與瓷環(huán)通孔21對應(yīng)連接的通孔 焊盤31，與表壓通孔22對應(yīng)連接的表壓通孔焊盤32,以及與外部柔性電路板4連接的連接 線。
[0025] 另外，由于傳統(tǒng)的陶瓷彈性體背面是通過膠粘方式連接瓷環(huán)的，所以過載壓力低， (最高為200% )，正面只能激光修調(diào)電阻；而彈性膜片在壓力和溫度作用下所產(chǎn)生的縱向 微量形變是在微米數(shù)量級。因此，本設(shè)計(jì)為了確保了陶瓷膜片的高密度和膜片平行度，提高 了傳感器的線性精度、重復(fù)性和過載壓力。本設(shè)計(jì)的進(jìn)一步的方案是，在瓷環(huán)2中部設(shè)置有 瓷環(huán)盲孔23,將瓷環(huán)盲孔23的直徑限制在3-8mm之間，深度限制在2-4mm之間即可。一般， 最優(yōu)的情況是，將瓷環(huán)盲孔23的直徑限制為5mm，深度限制為3mm。這樣在電參數(shù)不變的前 提下，過載壓力能夠大大提高，平均可達(dá)550-650%。
[0026] 另一方面，在本領(lǐng)域中，一體化結(jié)構(gòu)陶瓷彈性體的厚度是一項(xiàng)非常重要的參數(shù)，它 決定傳感器的量程、精度和過載壓力。因此必須通過研磨才能達(dá)到規(guī)定的厚度，大量生產(chǎn) 過程中由于研磨過程中對彈性體產(chǎn)生機(jī)械缺陷和附加應(yīng)力，同時對膜片不平度產(chǎn)生較大影 響。為了實(shí)現(xiàn)陶瓷壓力傳感器的表壓和絕壓的測量與控制，克服一體化結(jié)構(gòu)不能測絕壓的 弊端。因此，本設(shè)計(jì)還在瓷環(huán)盲孔23中部開設(shè)有表壓通孔22,且該表壓通孔22的直徑限制 在0· 3-1. 2mm之間。一般，較優(yōu)的情況是，將表壓通孔22的直徑限制在0· 5-1.Omm之間，而 表壓通孔22的直徑為0. 8_時，測量效果最佳。
[0027] 表1顯示了傳統(tǒng)的陶瓷壓力傳感器與本設(shè)計(jì)的陶瓷壓力傳感器的測試對比情況。
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，包括瓷環(huán)，通過玻璃釉漿料印 刷燒結(jié)在該瓷環(huán)上部的陶瓷彈性膜片，以及通過導(dǎo)電漿料印刷燒結(jié)在該瓷環(huán)下部的信號調(diào) 理電路；其中，所述陶瓷彈性膜片上均勻設(shè)置有與所述瓷環(huán)上的四個瓷環(huán)通孔分別連接的 四個焊盤，以及與所述焊盤相連接以構(gòu)成惠斯頓電橋的四個橋路電阻；任意兩個所述焊盤 與任意兩個所述橋路電阻之間分別設(shè)置有一個橋路修調(diào)電阻；其中，所述瓷環(huán)和陶瓷彈性 膜片均為方形或圓形結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述瓷 環(huán)中部設(shè)置有瓷環(huán)盲孔，所述瓷環(huán)盲孔的直徑在3-8_之間，深度在2-4_之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述瓷 環(huán)盲孔中部開設(shè)有表壓通孔，所述表壓通孔的直徑在〇. 3-1. 2mm之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述瓷 環(huán)盲孔的直徑為5mm，深度為3mm。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述表 壓通孔的直徑在0. 5-1. 0mm之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述表 壓通孔的直徑為〇? 8mm。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種新型齊平膜壓阻式陶瓷壓力傳感器，其特征在于，所述信 號調(diào)理電路上設(shè)置有與所述瓷環(huán)通孔對應(yīng)連接的通孔焊盤，與所述表壓通孔對應(yīng)連接的表 壓通孔焊盤，以及與外部柔性電路板連接的連接線。
【文檔編號】G01L9/06GK204177507SQ201420653338
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】徐興才, 徐雷, 嚴(yán)群豐 申請人:徐興才