专利名称：硅电容压力传感器提高过载能力的方法
技术领域：
本发明涉及传感器制造， 一种提高硅电容压力传感器过压能力的设计及实现方法。
背景技术：
电容差压传感器是一种新型的差压、压力传感器，其核心检测部件把外加的两个不 同压力信号转换为各个相应的电容变化，后部检测电路则把电容的变化转换为电信号，对 该电信号进行处理检测就可以得到外加压力值。
压力传感器通常是工作在规定的量程范围内。但在实际现场工作环境中，或者是工 作环境的具体条件要求，或者是传感器安装时意外情况的出现，可能导致压力传感器的加 压力超过传感器量程范围。对较高量程的传感器来说，压力传感器过载时候受到的压力相 对较高，这种情况对压力传感器的过载能力是比较严酷的。按要求压力传感器不能损坏或 者性能变差，所以为应付这种实际情况，要求压力传感器必须有一定的抗过载能力。
发明内容
本发明目的是提供一种提高硅电容压力传感器过载能力的方法，利用成熟的硅微机 械加工及腐蚀技术，在玻璃的固定极板上加工出限位结构而实现。
这种提高硅电容压力传感器过载能力的方法，釆用阳极键合工艺将三块板组装而成， 其特征在于固定极板上有限位结构，通过位于两固定极板中间的硅中心极板的可动电极实 现过载限位；两玻璃的上、下固定极板相对内侧腐蚀区预留出限位点，可动极板与限位点 端面之间有间隙；在传感器的量程工作范围内，可动极板6不会碰到限位点8，当外加工 作压力超过正常量程后，中心可动极板6由于位移加大，会与限位点8接触，此时存在于 中心可动极板和固定上、下极板之间的两个电容发生相应的变化，通过外部电路检测出两 电容的这种变化，实现对外加压力的测量；如果外加压力再增加，则可动极板6由于被限 位点8抵住而不再发生移动，从而限位点8的存在实现了对可动极板6的过载限位保护。
本发明提出的硅电容压力传感器过载限位设计方法和结构实现方案未见到公开报道。
当外加工作压力超过正常量程后出现过载时候，本发明采用下极板中的限位点限制 电容极板中的可动极板位移量的办法，并且设计硅中心极板的可动电极的过载时受到的集 中应力可以小于硅极板的极限应力，从而保证了过载时传感器不被压力损坏，同时满足调 整灵敏度和过载限位保护的矛盾要求。
3图1本发明硅电容压力传感器示意图； 图2是硅电容压力传感器装配前多层结构示意图；
具体实施例方式
提高硅电容压力传感器过载能力的方法，采用阳极键合工艺将三块板组装而成，如 图1所示，其特征在于由上至下为玻璃的固定上极板l、硅中心极板2、玻璃的固定下极 板3，上极板1和下极板3为相同结构，上、下固定极板l、 3中有限位点8及槽底的金 属电极9，通过硅中心极板2中的可动电极6的实现过载限位；当外加工作压力通过导压 引出电极孔4作用于可动电极6处，导致可动电极6在外加压力下发生位移，此时存在于 可动极板6和固定极板1、 3之间的两个电容C1、 C2发生相应的变化，通过外部电路检测 出电容C1、 C2的这种变化，实现对外加压力的测量；在传感器的量程工作范围内，可动 极板6不会碰到限位点8，当外加工作压力超过正常量程后，中心可动极板6由于位移加 大，会与限位点8接触，如果这时外加压力再增加，则可动极板6由于被限位点8抵住而 不再发生移动，从而限位点8的存在实现了对可动极板6的过载限位保护。
限位结构玻璃的上、下固定极板l、 3结构相同，相对的各外表面有引出电极5及 中心通透的电极孔4，上极板1和下极板3相对内侧中心都有的间隙7为腐蚀后形成的槽， 槽内腐蚀区有预留出的突出的限位点8、槽底有金属电极9，槽的深度则根据传感器的输 出灵敏度要求具体确定。限位点8匀布在电极孔4的圆周外，其上端面与固定极板l、 3 表面处于同一平面。
图2中可见硅中心极板2和其中心中的可动极板6，采用腐蚀技术将硅中心极板2 两面对称减薄厚度，加工后的中心区即是可动极板6，会随压力膨起或凹陷，组装后与上、 下极板l、 3的限位点8均有间隙。
权利要求
1、一种提高硅电容压力传感器过载能力的方法，采用阳极键合工艺将三块板组装而成，其特征在于上、下固定极板上均有限位点，通过位于两固定极板中间的硅中心极板的可动电极实现过载限位；两玻璃的上固定极板(13)、下固定极板相对内侧腐蚀区预留出限位点(8)，可动极板(6)与限位点(8)端面之间有间隙；在传感器的量程工作范围内，可动极板(6)不会碰到限位点(8)，当外加工作压力超过正常量程后，中心可动极板(6)由于位移加大，会与限位点(8)接触，此时存在于中心可动极板和固定上、下极板之间的两个电容(C1)、(C2)发生相应的变化，通过外部电路检测出两电容的这种变化，实现对外加压力的测量；如果外加压力再增加，则可动极板(6)由于被限位点(8)抵住而不再发生移动，因限位点(8)的存在实现了对可动极板(6)的过载限位保护。
2、 根据权利要求l所述的提高硅电容压力传感器过载能力的方法，其特征在于玻璃的上、下固定极板(l)、 (3)结构相同上极板(1)和下极板(3)相对内侧中心腐蚀区都有预留出的突出的限位点(8)、限位点(8)匀布在电极孔(4)的圆周外，限位点(8)上端面与上固定极板(l)、下固定极板(3)表面处于同一平面。
3、 根据权利要求2所述的提高硅电容压力传感器过载能力的方法，其特征在于相同结构的玻璃上极板(1)和玻璃下极板(3)中的间隙(7)为玻璃极板腐蚀后形成的槽，槽底有金属电极(9)，槽的深度则根据传感器的输出灵敏度要求具体确定。
4、根据权利要求2所述的提高硅电容压力传感器过载能力的方法，其特征在于玻璃的固定上极板(1)和下极板(3)的外表面中心有玻璃引出电极(5)，电极(5)中心有通透的电极孔(4)。
全文摘要
提高硅电容压力传感器过载能力的方法，采用阳极键合工艺将三块板组装而成，其特征在于上、下固定极板上均有限位点，通过位于两固定极板中间的硅中心极板的可动电极实现过载限位；两玻璃的上固定极板(13)、下固定极板相对内侧腐蚀区预留出限位点(8)，可动极板(6)与限位点(8)端面之间有间隙；在传感器的量程工作范围内，可动极板(6)不会碰到限位点(8)，当外加工作压力超过正常量程后，中心可动极板(6)由于位移加大，会与限位点(8)接触，此时存在于中心可动极板和固定上、下极板之间的两个电容发生相应的变化，通过外部电路检测出两电容的这种变化，实现对外加压力的测量；如果外加压力再增加，则可动极板(6)由于被限位点(8)抵住而不再发生移动，因限位点(8)的存在实现了对可动极板(6)的过载限位保护。本发明采用下极板中的限位点限制电容极板中的可动极板位移量的办法，保证了过载时传感器不被压力损坏，同时满足调整灵敏度和过载限位保护的矛盾要求。
文档编号G01L9/12GK101476960SQ20091001019
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者剑 刘, 石 匡, 娜 张, 张治国, 颖 李 申请人:沈阳仪表科学研究院