一种水位传感器的制作方法

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种水位传感器。

背景技术：

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，未来几年，我国洗衣机市场需求增长空间将主要来源于：以城镇化和农村市场为主的首次需求，以及以城镇市场消费升级为主的更新需求，整个洗衣机市场需求在未来几年将继续保持温和增长态势。

节水是未来洗衣机的重点发展方向，而水位的精确控制是洗衣机节水的关键，洗衣机水位传感器便是洗衣机水位检测、控制的重要装置。专利号2012202631584公开了一种洗衣机水位传感器，包括带有进水管的上盖、橡胶膜片、基座、线圈骨架、磁芯，所述线圈骨架与基座固接 ；所述线圈骨架中心通孔内装有一磁芯套，该磁芯套中装有磁芯，所述磁芯套与所述线圈骨架中心通孔滑动配合 ；所述橡胶膜片通过压紧圈固定在所述上盖中，将所述上盖内腔上部封闭成密封腔 ；所述上盖与所述基座之间铆接固定，所述磁芯套上端与所述橡胶膜片相抵 ；所述磁芯套下端的盲孔中设有弹簧上定位柱，所述基座底面设有与之对应的弹簧下定位柱，所述弹簧上定位柱与弹簧下定位柱之间设有复位弹簧，该技术方案在一定程度上减小了传感器的外型尺寸，提高了感应器的检测精度，但仍存在以下不足：（1）整个装置为纯机械式设计，中间联动装置太多，制作工艺要求繁琐，难度大，成本高；（2）该装置中通过橡胶膜片进行密封，橡胶极易老化，无形中加大了生产成本；（3）洗衣机为电气设备，通电便会产生磁场，而该技术方案中的线圈与磁芯设计，其磁场易受到干扰而出现故障；（4）弹簧在反复使用一定次数后，其弹性张力会减弱，从而影响传感器的复位；（5）洗衣机在工作过程中会产生震动，尤其是放置不平的状态，而震动环境对机械设计式零部件的工作损耗和性能寿命会产生一定的影响。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种洗衣机用的水位传感器，通过在MEMS压力传感器芯片的压力敏感电阻，将水位产生的水压力转变成电信号输出，从而实现对洗衣机水位的检测，结构紧凑简单且生产成本低。

本实用新型所提供的技术方案如下：

一种水位传感器，由壳体和设置在其顶部的取样管组成，取样管顶部设有取样口，内部设有流体通道；壳体中设有顶部非密封状态的内腔体，取样口、流体通道与内腔体相通，内腔体内侧底壁上粘贴有MEMS压力传感器芯片和校准IC芯片，二者通过金丝连接，与MEMS压力传感器芯片接触的壳体内壁中设有一通气孔，通气孔与外侧大气相通，MEMS压力传感器芯片和校准IC芯片的顶部封装有凝胶层。

优选地，所述MEMS压力传感器芯片的纵向截面呈“拱桥”形状，由衬底、压力敏感膜片以及位于压力敏感膜片上的压敏电阻组成，衬底的底部中间位置经化学腐蚀形成压力敏感膜片，压力敏感膜片上设有四个通过微加工方式形成的压敏电阻，四个压敏电阻连接成惠斯顿电桥。

优选地，取样管的下端设有外螺纹结构，内腔体的顶部为敞口设置，其上端口内壁上设有内螺纹结构，外螺纹结构与内螺纹结构相配合连接，使取样管与壳体固定连接；取样管和壳体的连接处涂覆有壳体粘结剂。

更优选地，内螺纹结构下方的内腔体的横截面面积小于内螺纹结构所处位置的内腔体的横截面面积，凝胶的封装高度小于内螺纹结构底部所处的高度。

优选地，以通气孔为中心，设置有一方形凹槽，MEMS压力传感器芯片的底部固定于所述方形凹槽内。

更优选地，MEMS压力传感器芯片通过芯片粘结剂固定在方形凹槽内，芯片粘结剂的填充高度不超过方形凹槽的高度。

优选地，MEMS压力传感器芯片和校准IC芯片呈一条线并列放置，两者之间的距离为1.2~1.5mm。

优选地，该水位传感器的整体尺寸大小为（21~22）×（14~14.2）×（10~11）mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：

（1）本实用新型中的壳体和采样管经过螺纹旋转的方式进行固定连接后，在外螺纹结构与内螺纹结构的连接处还涂覆有壳体粘结剂进行再次固定，双重的固定方式，使得洗衣机产生震动时，采样管和壳体不会发生脱落；另外，壳体粘结剂还具有密封的作用，使得流体在经过采样管后不会泄露；

（2）本实用新型中的内螺纹结构下方的内腔体的横截面面积小于内螺纹结构所处位置的内腔体的横截面面积，该结构在取样管在向下旋进过程中，起限位作用，可有效防止取样管触碰到凝胶而破坏凝胶层；

（3）本实用新型中的MEMS压力传感器芯片与校准IC芯片并列紧凑放置，芯片之间采用焊接金丝和埋层导线方式连接，缩小了传感器体积，且MEMS压力传感器芯片与校准IC芯片表面设有实现压力传导的凝胶，提高了传感器的抗震性；

（4）本实用新型中的取样管与壳体为可配合结构，两者可以单独制备，并可根据不同的应用环境制作不同类型的取样管，以适应不同的接口类型，从而降低流体压力传感器组装的成本；

（5）本实用新型的方形凹槽可将MEMS压力传感器芯片进行有效的固定，并将MEMS压力传感器芯片的位置限定在一定的范围内，使压力敏感膜片与通气孔的相对位置关系稳定，保证了传感器检测的灵敏度，同时，也可防止芯片粘结剂进入通气孔中以堵塞通气孔。

附图说明

图1为本实用新型的左视结构示意图

图2为本实用新型的俯视结构示意图

图3为本实用新型的剖面结构示意图

图4为本实用新型中的MEMS压力传感器芯片与校准IC芯片连接结构示意图

图5为本实用新型中的MEMS压力传感器芯片的结构示意图

其中：1.壳体 2.取样管 3.取样口 4.流体通道 5.外螺纹结构 6.内腔体 7.内螺纹结构 8. 衬底 9.压力敏感膜片10.压敏电阻 11.方形凹槽12.MEMS压力传感器芯片 13.校准IC芯片 14. 金丝 15.通气孔 16.凝胶层 17.壳体粘结剂 201.第一端子 202.第二端子 203.第三端子 204.第四端子 205.第五端子 206.第六端子 207.第七端子208.第八端子。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种用于洗衣机中的水位传感器，由壳体1和设置在其顶部的取样管2组成，取样管2顶部设有取样口3，内部设有与取样口3相通的流体通道4，下端设有外螺纹结构5；壳体1中的中心部分设有顶部非密封状态的内腔体6，内腔体6与流体通道4相通，内腔体6的上端口内壁上设有内螺纹结构7，外螺纹结构5与内螺纹结构7相配合螺纹连接，两者的连接处还涂覆有壳体粘结剂17，以加固取样管2与壳体1的固定连接。

内腔体6内侧底壁上粘贴有MEMS压力传感器芯片12和校准IC芯片13，MEMS压力传感器芯片12用于感测液体的压力，并将感测的压力信号转换为电信号进行输出，校准IC芯片13用于对所述MEMS压力传感器芯片12的输出进行补偿，两者呈一条线并列放置，其之间的距离为1.5mm，二者通过金丝14连接，MEMS压力传感器芯片12和校准IC芯片13的顶部封装有可实现压力传导的凝胶层16，将二者固定在内腔体6的内侧底壁上，内螺纹结构7下方的内腔体6的横截面面积小于内螺纹结构7所处位置的内腔体6的横截面面积，凝胶层16的封装高度小于内螺纹结构7底部所处的高度，以保证在取样管2在向下旋进过程中，不接触凝胶而去破坏凝胶层16。

如图4所示，MEMS压力传感器芯片12包括衬底8、压力敏感膜片9以及位于压力敏感膜片9上的压力敏感电阻10组成，衬底8为硅基半导体，衬底8的原始形状为长方体状，其底部中间位置经化学腐蚀形成压力敏感膜片9，使得MEMS压力传感器芯片12的纵向截面呈“拱桥”形状，压力敏感膜片9上设有四个通过微加工方式形成的压敏电阻10，四个压敏电阻10连接成惠斯顿电桥，压力敏感膜片9的正下方的壳体1内壁中设有一通气孔15，通气孔15用于将MEMS压力传感器芯片12与大气连通，释放MEMS压力传感器芯片12背腔压力，以保持MEMS压力传感器芯片12上方的腔体内压力与大气压力相同，以通气孔15为中心，设置有一方形凹槽11，MEMS压力传感器芯片12的底部通过芯片粘结剂固定于方形凹槽11内，芯片粘结剂的填充高度不超过方形凹槽11的高度。

如图3所示，所述壳体1的底部设置有金属导线，金属导线通过底部延伸到壳体1外侧，形成与外部电路连接的端子，在本实施例中，端子对称位于壳体1的底部外侧，用于与外部电路连接，壳体1的底部设有八个端子，分别为第一端子201、第二端子202、第三端子203、第四端子204、第五端子205、第六端子206、第七端子207和第八端子208，与洗衣机上的主控板连接，八个端子通过埋入底壁的金属导线连接到校准IC芯片13上，埋层中的金属导线之间具有一定的间距，以使相互之间绝缘。

在实际使用过程中，将水位传感器安装在洗衣机的主控电脑板上，水位传感器的取样管2通过一根塑料管与洗衣机内筒的底部相连接连接，当内筒中添加水时，在塑料管靠近水位传感器端形成一段空气气密空间，当水位发生改变时，水通过水压改变气密空间压力大小，气压通过塑料管进入水位传感器的取样口3，流经流体通道4进入水位传感器的内腔体6中，气压通过凝胶层16传递至MEMS压力传感器芯片12上的压力敏感膜片9，使压力敏感膜片9发生形变，压力敏感膜片9上的压敏电阻10由于压阻效应而产生电阻变化，从而导致由压敏电阻10组成的惠斯特电桥产生电信号进行输出，实现了压力信号到电信号的转换，电信号通过金线14传输至校准IC芯片13，校准IC芯片13将处理好的数据信号发送至主控电脑板以输出数据信号，即完成洗衣机水位传感器的监测工作，整个水位传感器的尺寸大小为21.5×14×10.45mm。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。