一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体及其制作方法与流程

本发明涉及感压芯体技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体及其制作方法。

背景技术：

玻璃微熔压力传感器是一种新型压力变送器，在汽车电子、航天军工、工业控制等领域都有广泛的应用。这种压力变送器的感压芯体创新性的使用17-4PH不锈钢作为芯体制造材料并基于整体车削工艺制造，利用具有高灵敏度的硅应变计作为压力感测芯片，采用耐高温、高可靠性的玻璃微熔工艺作为压力感测芯片和金属基座的粘接工艺。这种压力变送器为不锈钢一体结构适应高压力过载，能有效抵御瞬间压力冲击，无充油、无隔离膜片，无密封圈，绝无泄漏隐患能够实现最高600MPa的压力测量。

17-4PH不锈钢具有一定的耐腐蚀特性，但是也有一定的局限性。在一些工业控制或者航天军工的工作场合，如钻井平台井下压力测量，压力变送器工作环境极度恶劣，工作介质具有强酸性、强碱性等强腐蚀性，且工作环境温度较高，工作介质会不断腐蚀感压芯体，使之产生零点及灵敏度偏移，使得压力变送器快速失效；或者在一些弱碱性或弱酸性的工作环境中，工作介质也会逐渐腐蚀感压芯体，降低压力变送器的使用寿命。专利压力传感器感应头201220187821.7中所提出的玻璃微熔压力变送器感压芯体，17-4PH不锈钢直接暴露于工作介质中，就存在这样的问题。为了进一步增强玻璃微熔压力变送器的适用性和可靠性，急需发明一种提高其感压芯体耐腐蚀特性的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种工艺简单、成本低廉、既能继续保持玻璃微熔感压芯体的结构简洁性，又能大大增强玻璃微熔感压芯体的耐腐蚀耐高温特性，大大拓展其在不同工作环境中的适用性的耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体及其制作方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括金属基座、传感器芯片和耐腐蚀介质层；所述金属基座的上端设有构成压力膜片的封底，压力膜片上设有传感器芯片，金属基座的下端设有开口向下的凹槽，凹槽与金属基座之间构成导压腔体，导压腔体的内表面设有耐腐蚀介质层；所述耐腐蚀介质层为特氟龙介质层或耐腐蚀金属介质层。

作为本发明的优选方式之一，还包括位于金属基座的外周的过程连接，所述过程连接具体为螺纹连接、快速接头或法兰连接。

作为本发明的优选方式之一，所述传感器芯片具体为硅应变计，硅应变计上设有硅片，硅片上集成有四片应变片；所述四片应变片通过金属化沉积连成惠斯登电桥。

作为本发明的优选方式之一，所述四片应变片均匀设置于硅片的四周。

作为本发明的优选方式之一，所述特氟龙介质层采用的介质材料具体为PTFE、FEP、PFA和ETFE中的一种或多种。

作为本发明的优选方式之一，所述耐腐蚀金属介质层采用的介质材料具体为金、铬中的一种或多种。

作为本发明的优选方式之一，所述金属基座为17-4PH不锈钢制基座，传感器芯片采用玻璃微熔方式粘贴在17-4PH不锈钢制基座的压力膜片上。

一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的制作方法，当所述耐腐蚀介质层为特氟龙介质层时,该方法包括如下步骤：

(1)机加工制造出金属基座；

(2)对金属基座进行清洗处理，洗去金属基座表面的污染物；

(3)对金属基座的导压腔体内表面进行喷砂处理；

(4)将金属基座置于特氟龙喷雾中对导压腔体内表面进行特氟龙喷涂；

(5)对涂层进行低温干燥并进行高温烧结；

(6)利用玻璃烧结工艺进行传感器芯片的粘接；

当所述耐腐蚀介质层为耐腐蚀金属介质层时，该方法包括如下步骤：

(1)机加工制造出金属基座；

(2)对金属基座进行清洗处理，洗去金属基座表面的污染物；

(3)对金属基座的导压腔体内表面进行耐腐蚀金属涂镀工艺；

(4)利用玻璃烧结工艺进行传感器芯片的粘接。

作为本发明的优选方式之一，所述基于特氟龙介质层的耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的方法中特氟龙喷涂的厚度为1微米到1毫米，采用的喷涂工艺为干法或湿法喷涂工艺。

作为本发明的优选方式之一，所述基于耐腐蚀金属介质层的耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的方法中耐腐蚀金属涂镀的厚度为1微米到1毫米，采用的耐腐蚀金属涂镀工艺为电镀、溅射或蒸发涂镀工艺。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明提出了一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体及其制作方法，该感压芯体工艺简单、成本低廉、既能继续保持玻璃微熔感压芯体的结构简洁性，又能大大增强玻璃微熔感压芯体的耐腐蚀耐高温特性，大大拓展其在不同工作环境中的适用性，具有非常大的经济意义和现实意义。

附图说明

图1是实施例1中的一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的整体结构示意图；

图2是实施例2中的一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的整体结构示意图。

图中：1为金属基座，11为凹槽，12为导压腔体，2为硅应变计，3为耐腐蚀介质层，4为过程连接。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体，包括金属基座1、硅应变计2和耐腐蚀介质层3；金属基座1的上端设有构成压力膜片(图中未标示)的封底，压力膜片上设有硅应变计2，金属基座1的下端设有开口向下的凹槽11，凹槽11与金属基座1之间构成导压腔体12，导压腔体12的内表面设有耐腐蚀介质层3，耐腐蚀介质层3为特氟龙介质层或耐腐蚀金属介质层；硅应变计2采用玻璃微熔方式粘贴在压力膜片上，硅应变计2上设有硅片(图中未标示)，硅片上集成有四片均匀设置于其四周的应变片(图中未标示)，四片应变片通过金属化沉积连成惠斯登电桥。

优选地，特氟龙介质层采用的介质材料具体为PTFE、FEP、PFA和ETFE中的一种或多种。

优选地，耐腐蚀金属介质层采用的介质材料具体为金、铬中的一种或多种。

优选地，金属基座为17-4PH不锈钢制基座。

本装置的优点在于：

(1)工艺简单、成本低廉；

(2)一方面，可适应高压力过载，能有效抵御瞬间压力冲击，无充油、无隔离膜片，无密封圈，绝无泄漏隐患，能够实现最高600MPa的压力测量；另一方面，在17-4PH不锈钢制基座的导压腔体12内表面添加一层耐腐蚀介质层3，使其在一些强恶劣的工作环境中(工作介质具有强酸性、强碱性等强腐蚀性)仍能不受影响，正常工作。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的技术方案基本相同，不同之处在于：还包括位于金属基座1外周的过程连接4，过程连接4具体为螺纹连接、快速接头或法兰连接。

实施例3

本实施例的一种耐腐蚀玻璃微熔压力变送器感压芯体的制作方法，当耐腐蚀介质层3为特氟龙介质层时，该方法包括如下步骤：

(1)机加工制造出17-4PH不锈钢制基座；

(2)对17-4PH不锈钢制基座进行清洗处理，洗去17-4PH不锈钢制基座表面的污染物，尤其是有机污染物；

(3)对17-4PH不锈钢制基座的导压腔体12内表面进行喷砂处理；

(4)将17-4PH不锈钢制基座置于特氟龙喷雾中利用干法或湿法喷涂工艺对导压腔体12内表面(即工作介质接触界面)进行特氟龙喷涂，可喷涂的材料为PTFE、FEP、PFA和ETFE，喷涂的厚度为1微米到1毫米；

(5)对涂层进行低温干燥并进行高温烧结；

(6)利用玻璃烧结工艺进行硅应变计2的粘接；

当耐腐蚀介质层3为耐腐蚀金属介质层时，该方法包括如下步骤：

(1)机加工制造出17-4PH不锈钢制基座；

(2)对17-4PH不锈钢制基座进行清洗处理，洗去17-4PH不锈钢制基座表面的污染物，尤其是有机污染物；

(3)对17-4PH不锈钢制基座的导压腔体12内表面(即工作介质接触界面)进行耐腐蚀金属涂镀工艺，可涂镀的金属包括金、铬，厚度为1微米到1毫米，涂镀工艺包括电镀、溅射或蒸发；

(4)利用玻璃烧结工艺进行硅应变计2的粘接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。