一種小型化壓阻式壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓阻式壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 沿著半導體的某一軸向施加力的作用，半導體的電阻率會發(fā)生顯著的變化，這種 現(xiàn)象稱為半導體的壓阻效應。利用半導體的壓阻效應制成的壓力傳感器即為壓阻式壓力傳 感器。
[0003] 壓阻式壓力傳感器在軍事和航空航天領(lǐng)域應用廣泛，許多應用場合對傳感器的可 靠性和溫度誤差都有嚴格的要求，而應用于航天型號的產(chǎn)品對產(chǎn)品的質(zhì)量和尺寸又有嚴格 的要求。目前研制的高可靠性壓力傳感器中，硅-藍寶石結(jié)構(gòu)的壓力傳感器因具有絕佳的結(jié) 構(gòu)強度和溫度特性而占有大量市場，但是該傳感器價格昂貴，質(zhì)量大且結(jié)構(gòu)復雜，不利于產(chǎn) 品的小型化趨勢。
[0004] 本發(fā)明提出了一種小型化壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能縮小產(chǎn)品的尺寸和 質(zhì)量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強度。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括傳感器的機械結(jié) 構(gòu)、電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計及產(chǎn)品的內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，壓阻式壓 力傳感器整機尺寸為φ 30mmX 74_1，質(zhì)量小于10(^，同時全溫度范圍總精度小于1%，可承 受3倍設(shè)計量程壓力。
[0005] 本發(fā)明設(shè)計的壓力傳感器機械結(jié)構(gòu)包括引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、外殼、頂蓋和電連接器。 壓力傳感器的敏感元件通過焊接連接到引壓嘴上，外殼與引壓嘴焊接連接，轉(zhuǎn)接件連接引 壓嘴并固定電路板，外殼和頂蓋通過螺釘連接，電連接器與頂蓋通過螺釘連接。傳感器的電 路板設(shè)計采用了智能溫度補償技術(shù)，既能消除溫度誤差，又能調(diào)整傳感器的輸出范圍。該技 術(shù)調(diào)試過程高效整潔，可以顯著地提高生產(chǎn)效率和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種小型化壓阻式壓力傳感器，既能縮小產(chǎn)品的尺寸和質(zhì) 量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強度。
[0007] 本發(fā)明提供了一種小型化壓阻式壓力傳感器，包括:頂蓋、外殼、引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、 敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，轉(zhuǎn) 接件與外殼焊接連接。
[0008] 所述壓阻式壓力傳感器還包括電路板，固定在轉(zhuǎn)接件上端，所述電路板基于信號 調(diào)理芯片設(shè)計智能溫度補償電路。
[0009] 所述的壓阻式壓力傳感器還包括電連接器，通過2個螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端 涂覆娃橡膠。
[0010] 進一步的，所述轉(zhuǎn)接件材料是鋁，所述轉(zhuǎn)接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內(nèi)螺 紋孔，用于固定電路板和連接引壓嘴。
[0011] 進一步的，所述敏感元件為MEAS 87N。
[0012] 進一步的，所述外殼通過4個螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。
[0013] 進一步的，所述電路板尺寸<9 28mn_u
[0014] 進一步的，所述傳感器尺寸外徑為φ 30rram質(zhì)量小于i〇〇g。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0016] 本發(fā)明設(shè)計采用了基于MEMS技術(shù)制作的壓阻敏感元件，該元件體積小、質(zhì)量輕且 過載能力強。為了防止傳感器發(fā)生泄露，本發(fā)明敏感元件和引壓嘴之間焊接連接，該密封結(jié) 構(gòu)可保證產(chǎn)品具備3倍設(shè)計量程的過載能力，引壓嘴和外殼材料為不銹鋼，外殼和引壓嘴焊 接連接;頂蓋和轉(zhuǎn)接件材料為鋁，該材料輕且工藝性好。外殼和頂蓋表面處理經(jīng)導電氧化后 具有更好的耐腐蝕性，所述壓力傳感器全溫度范圍內(nèi)精度小于1%。
[0017] 為檢驗該結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳感器的效果，應用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計生產(chǎn)了 3只樣機，整機尺寸 為φ 30mmX74mm，質(zhì)量均小于100g。傳感器能夠承受3倍量程的壓力過載，并且順利通過振 動、溫循、沖擊、過載及低氣壓等嚴酷條件的試驗。試驗后壓力傳感器測試結(jié)果表明，傳感器 的零位輸出電壓分布在200mV~202mV之間，滿量程輸出電壓分布在4.798V~4.801V之間， 常溫精度分布在〇. 121 %~0.206%之間，全溫度范圍總精度分布在:0.326%~0.877%之 間，均能很好的滿足設(shè)計指標的要求。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 1-引壓嘴2-轉(zhuǎn)接件3-敏感元件4-螺釘5-外殼6-電路板7-導線8-螺釘9-螺釘10-頂蓋11-電連接器A-焊縫B-焊縫
[0020] 圖2是本發(fā)明引壓嘴的結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)接件的主視圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明轉(zhuǎn)接件的俯視圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明外殼的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖6是本發(fā)明頂蓋的主視圖；
[0025]圖7是本發(fā)明頂蓋的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細說明。顯然，所 描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā) 明要求保護的范圍。
[0027] 如圖1所示為本發(fā)明的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖，機械零件包括引壓嘴、轉(zhuǎn)接 件、外殼、頂蓋，各部分結(jié)構(gòu)分別如圖2-7所示。該傳感器選用基于MEMS技術(shù)的壓阻敏感元 件，通過焊接實現(xiàn)敏感元件和引壓嘴連接，測量時將引壓嘴通過螺紋連接到被測管道或箱 體上，里面的被測氣體或液體進入到引壓嘴內(nèi)腔與敏感元件接觸，敏感元件承壓后輸出電 壓信號到電路板，電壓信號經(jīng)電路板溫度補償和濾波放大后通過電連接器輸出。
[0028] 1、各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
[0029]選用MEAS 87N系列敏感元件，這個系列為可焊型全不銹鋼材料。敏感元件安裝到 引壓嘴上端，利用焊接實現(xiàn)和引壓嘴的連接。為了進一步降低質(zhì)量，在不影響結(jié)構(gòu)強度的前 提下在六方上部開槽和內(nèi)部拓寬引壓嘴內(nèi)腔孔，敏感元件和引壓嘴內(nèi)腔共同形成一個密封 的腔體。
[0030]轉(zhuǎn)接件材料采用的是鋁，該材料輕且工藝性好。轉(zhuǎn)接件實現(xiàn)了固定電路板的功能。 轉(zhuǎn)接件下端內(nèi)部螺紋與引壓嘴連接;轉(zhuǎn)接件上端做4個弧形槽，該槽形設(shè)計既能電路板背面 留下更多的布線空間也能降低質(zhì)量;轉(zhuǎn)接件上端有4個螺紋孔，通過4個螺釘固定電路板，整 機結(jié)構(gòu)設(shè)計輕便可靠。
[0031 ] 2、傳感器電路設(shè)計
[0032]傳感器電路設(shè)計采用傳感器信號調(diào)理芯片對對傳感器輸出進行補償，并采用瞬態(tài) 電壓抑制二極管實現(xiàn)抗尖峰脈動干擾，后置信號放大濾波電路可以對溫度補償后的輸出信 號進行濾波和放大，濾除高頻干擾信號，保護電路極大的提高了傳感器的抗干擾能力。電路 板的設(shè)計尺寸為<9 28mm。在保證電路功能的前提下，在經(jīng)過功率計算和電磁兼容考慮后 本發(fā)明選用合適封裝的貼片電阻元件，電路板實際尺寸為CP 27.6mm，滿足設(shè)計使用要求。 [0033] 3、整機結(jié)構(gòu)的裝配
[0034]整機結(jié)構(gòu)裝配過程中，由引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、電路板、導線、外殼、頂蓋和電連接器組 成。轉(zhuǎn)接件和引壓嘴、頂蓋和外殼、電連接器和頂蓋三處的連接強度對整機的結(jié)構(gòu)強度非常 關(guān)鍵，所以對螺紋連接處均采取了涂膠防松保護措施。根據(jù)連接結(jié)構(gòu)的不同，在轉(zhuǎn)接件和引 壓嘴螺紋連接處涂覆環(huán)氧膠，在頂蓋和外殼連接螺釘上涂覆厭氧膠，在電連接器與頂蓋連 接處涂覆硅橡膠，保證了整機的結(jié)構(gòu)強度。另外，電路板通過螺釘固定在轉(zhuǎn)接件上端，敏感 元件通過焊接與引壓嘴連接，引壓嘴和外殼焊接連接。
[0035]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專利技術(shù)人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一 般原理可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被 限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬 范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，包括:頂蓋、外殼、引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、敏感 元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，引壓嘴 和外殼焊接連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，還包括電路板， 固定在轉(zhuǎn)接件上端，所述電路板基于信號調(diào)理芯片設(shè)計智能溫度補償電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，還包括電連接 器，通過2個螺釘固定在頂蓋上，螺釘上端涂膠。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接 件材料是鋁，所述轉(zhuǎn)接件上端有螺紋孔和弧形槽，下端有內(nèi)螺紋孔。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述敏感 元件為MEAS 87N。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述外殼 通過4個螺釘固定頂蓋，螺釘上涂膠。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述電路板尺寸 < Φ 28mm〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型化壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述傳感 器尺寸外徑為Φ 30mm，質(zhì)量小于100g。
【專利摘要】本實用新型公開了一種小型化壓阻式壓力傳感器，該傳感器包括頂蓋、外殼、引壓嘴、轉(zhuǎn)接件、敏感元件，頂蓋與外殼固定連接，轉(zhuǎn)接件與引壓嘴固定連接，引壓嘴上端焊接敏感元件，引壓嘴和外殼焊接連接。本實用新型提供的壓阻式壓力傳感器既能縮小產(chǎn)品的尺寸和質(zhì)量，還能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的溫度特性和結(jié)構(gòu)強度，能夠滿足航天領(lǐng)域的需求。
【IPC分類】G01L9/06, G01L1/18
【公開號】CN205209668
【申請?zhí)枴緾N201520794102
【發(fā)明人】張艷華, 陳玉玲, 馬佳, 趙爽, 史巖峰, 邰愛民
【申請人】北京強度環(huán)境研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年10月14日