高精度薄膜压力传感器的制作方法

本实用新型涉及一种压力传感器，尤其涉及一种将均匀分散力集中作用于弹性体的、灵敏度高、非线性误差小的高精度薄膜压力传感器。

背景技术：

薄膜压力传感器是一种性能优良的压力传感器，它具有量程大、综合精度高、工作温度范围宽、稳定性好、耐腐蚀等优点，在航空航天、武器装备、石油化工、能源、冶金、汽车、工业过程自动控制等许多领域得到应用。

现有的薄膜压力传感器弹性体结构如图1所示，由于薄膜压力传感器的弹性体是不锈钢材料制成，当它受到均匀分布的压力作用时，弹性体应变部位的变形量小，传感器的灵敏感度较低。同时传感器的非线线误差比传感器的重复性误差和迟滞误差大，导致传感器的综合精度不能进一步提高。

因此，开发一种灵敏度高、非线线误差小、能适用更加严苛环境的高精度薄膜压力传感器极其重要。

采用不锈钢、钛或非晶材料作膜片，同时将分散力集中作用在弹性体上的方法制造的高精度薄膜压力传感器能解决上述存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高精度薄膜压力传感器，针对现有技术的不足，解决薄膜压力传感器灵敏度不高、非线性误差大等问题，实现在严苛环境下对压力的精确测量以及在民用领域广泛应用的目的。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：一种高精度薄膜压力传感器，包括开口呈浅“U”形的圆形膜片，下端焊接所述圆形膜片、中心开圆孔、上端焊接弹性体的支撑座，下端焊接在所述支撑座的上部边缘、带有中心梁的“E”形弹性体，穿过所述支撑座的中心圆孔、下端焊接在所述圆形膜片中心、上端焊接在所述弹性体的中心梁处的传力柱和外壳组成，其特征在于：所述弹性体外周焊接有支撑电路板的电路板支架，所述电路板支架上固定有电路板；所述弹性体是采用溅射薄膜技术在弹性体上表面上制造有四个应变电阻并形成惠斯电桥，当所述圆形膜片受到压力作用时，均匀分布的压力通过所述传力柱集中并传递到所述弹性体的中心梁上，所述弹性体上表面上的所述四个应变电阻阻值发生变化，惠斯电桥失去平衡，通过一端焊接在焊盘、另一端焊接在所述电路板的内引线输出与所受压力成比例的电信号；所述电信号通过焊接在所述电路板上的外引线向外输出。

所述圆形膜片采用不锈钢、钛、非晶材料中的一种制成。

所述电路板上方灌注有保护所述电路板、所述内引线和所述外引线的质软保护胶。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：由于采用了将分散力集中作用在弹性体上，传感器的灵敏度系数提高，非线性误差减小，传感器综合精度得到提高。

另外，除可采用不锈钢材料做与介质接触的膜片外，还可采用耐温和耐腐蚀性能更好的钛或非晶材料做与介质接触的膜片，能适用更加严苛环境。

同时，受力膜片与弹性体之间通过传力柱接触，弹性体对温度的敏感性降低，传感器能在更低温或更高温的环境下工作，拓展了传感器的工作温度范围。

通过上述工艺后，薄膜压力传感器的灵敏度提高、非线性误差减小、工作温度范围扩宽、耐腐蚀性能提高，而其它薄膜压力传感器的优良性能得到保留。

本实用新型的高精度薄膜压力传感器的主要性能指标如下：

测量范围：0～0.05～150MPa 综合精度：0.02％FS～0.2％FS

介质温度范围：-200℃～400℃ 灵敏度系数：≥4mV/V

零点温度漂移：≤±0.001％FS/℃ 长期稳定性：≤±0.1％FS/年

本实用新型解决了现有薄膜压力传感器灵敏度低、非线性误差大、抗干扰能力不强、不适应恶劣环境下对压力进行精确测量的问题。

附图说明

图1为现有技术的薄膜压力传感器的弹性体结构及其受力情况示意图。

图2为本实用新型的高精度薄膜压力传感器的弹性体结构及其受力情况示意图。

图3为本实用新型的高精度薄膜压力传感器的圆形膜片结构及其受力情况示意图。

图4为本实用新型的高精度薄膜压力传感器的剖视图。

图5为本实用新型的高精度薄膜压力传感器的弹性体应变电阻布置图。

具体实施方式

如图1所示，现有技术的薄膜压力传感器弹性体3，受到压力作用时，由于压力均匀分散作用于弹性体3上，所述弹性体3发生形变量小，灵敏度系数小，同时传感器的非线性误差大，在小量程范围时尤其突出。

如图2、3、4、5所示，本实用新型的高精度薄膜压力传感器，包括圆形膜片1、支撑座2、弹性体3、传力柱4、外壳5组成。所述圆形膜片1是一个开口呈浅“U”形的圆形膜片，根据不同的工况选用不锈钢、钛、非晶材料中的一种制成，钛或非晶材料制成的产品更加适用腐蚀性、高低温环境下使用。

所述支撑座2呈圆柱形，中心开有圆孔，上端面加工有凸台，与所述弹性体3的下端面吻合并牢固焊接。所述支撑座2下端面与所述圆形膜片1吻合并密封焊接。所述支撑座2的中心圆孔用以通过所述传力柱4。

所述弹性体3是不锈钢材料加工而成的“E”形弹性体，中心带有中心梁31。所述弹性体3外周焊接有支撑电路板的电路板支架33，所述电路板支架33上固定有电路板34。所述弹性体3的上表面32经研磨抛光后使用溅射薄膜技术制造有四个应变电阻38，其中二个靠近中心并对称分布，构成内电阻，另外二个靠近边缘并对称分布，构成外电阻，所述四个应变电阻38组成惠斯电桥。所述惠斯电桥的焊盘39上焊接有内引线35，所述内引线35的另一端焊接在所述电路板34的焊盘上。传感器供电电源和输出信号通过焊接在所述电路板34上的外引线36输入输出。

所述电路板34上方灌注有保护所述电路板34、所述内引线35和所述外引线36的质软保护胶37。所述外壳5是一种圆柱形空壳，上端中心开孔用以穿过外引线36。所述外壳5下端密封焊接在所述支撑座2的边缘凸台上。

所述传力柱4呈圆柱形，下端圆心与所述圆形膜片1的圆心对齐并牢固焊接。所述传力柱4上端圆心与所述弹性体3的中心梁31的圆心对齐并牢固焊接。

通过这种结构设计，当所述圆形膜片1受到压力作用时，均匀分布的压力通过所述传力柱4集中并传递到所述弹性体3的中心梁31上，引起弹性体3发生较大形变，传感器的灵敏度系数增加，传感器的非线性误差减小。同时，所述圆形膜片1与所述弹性体3之间通过传力柱4连接，所述弹性体3对温度的敏感性降低，传感器能在更低温或更高温的环境下工作，拓展了传感器的工作温度范围。

传感器工作原理：当所述圆形膜片1受到压力作用时，均匀分布的压力通过所述传力柱4集中并传递到所述弹性体3的中心梁31上，所述弹性体3上表面32上的四个应变电阻38阻值发生变化，惠斯电桥失去平衡，通过内引线35与外引线36向外输出与压力成比例的电信号，通过检测该电信号就可获得传感器所受压力大小。

下表为现有技术薄膜压力传感器与本实用新型的高精度薄膜压力传感器性能测试对比表。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，不应被视为对本实用新型范围的限制，而且本实用新型所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本实用新型所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本实用新型的保护范围内。