用于检测机械解耦压力的装置的制作方法

本发明涉及压力测量领域，具体涉及航空领域。

背景技术：

压力检测装置包括压力传感器附接在其上的底座。压力传感器包括支承第一电极的基板和支承与第一电极相对的第二电极的膜。膜受到待测流体的压力，并且在这样的压力下容易变形，使得沿垂直于电极的轴线测得的电极之间的距离根据压力而变化。当它们经受电压时，两个电极因此形成电容器，该电容器的电容根据压力而变化，其中，这种电容的测量使得能够确定压力。

例如，也存在包括用于测量膜变形的其它手段的其它装置，诸如应变计。

总体上这种装置的一个缺点是其精度取决于温度及其变化。

事实上，由于膜和基板通常由不同的材料制成，因此温度的变化导致在装置中的不同膨胀，这导致影响膜的变形的应力并因此使压力测量出现偏差。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供用于提高传感器精度的装置。

为此目的，提供了一种压力检测装置，其包括压力传感器附接在其上的底座，该压力传感器包括具有用于经受加压流体的表面并且布置成根据压力而弹性变形的膜以及用于确定膜沿垂直于静止时的膜的中间平面的轴线的变形的装置。膜由通过机械解耦结构连接到底座的框架支承，以将膜与由框架和底座之间的不同热膨胀引起的应力隔离。解耦结构包括与框架形成一体的板和在板与底座之间延伸的可弹性变形的臂，以便将底座和板之间的任何不同热膨胀转换为平行于中间平面的所产生的运动。板、膜和框架由相同的材料制成，并且臂具有弯曲部分，其中，弯曲部分均沿相同的方向弯曲，使得所产生的运动是绕法向轴线的转动。

机械解耦结构使得能够防止不同的热膨胀影响膜性能，或者至少限制不同的热膨胀对膜性能的影响。

臂的弹性有利于传感器内部的热应力转换成在支承传感器的板上的转动运动。在板处的臂的弯曲部分使得能够增加柔韧性并使臂经受到的热应力均匀化。沿相同方向弯曲的臂使在板上的臂之间传递的应力对称，并且还增强了内部热应力向在支承传感器的板的平面上的转动运动的转换。这种运动因此不引起膜的寄生偏转并且使压力测量更加可靠。

根据本发明的特别有利的解决方案，压力检测装置包括压力传感器附接在其上的底座，该压力传感器包括具有旨在承受加压流体的表面并且布置成根据压力而弹性变形的膜以及用于确定膜沿垂直于在静止状态下的膜的中间平面的轴线的变形的装置。在该解决方案中，膜由通过机械解耦结构连接到底座的框架支承，以将膜与由框架和底座之间的不同热膨胀引起的应力隔离，并且解耦结构包括与框架形成一体的板和在板和底座之间延伸的可弹性变形的臂，以便将底座和板之间的任何不同的热膨胀转换成平行于中间平面的所产生的运动。板、膜和框架由相同的材料制成，并且机械解耦结构包括中间框架，并且所述臂包括将板连接到中间框架的基本上相互平行的第一系列臂以及基本上垂直于第一系列臂并且在中间框架和底座之间延伸的第二系列臂。这些臂使得能够将板和底座之间的任何不同的热膨胀转换成板在垂直于法向轴线的平面上的平移，这不会在膜上产生易于影响压力测量的寄生应力。

根据本发明的另一替代解决方案，压力检测装置包括压力传感器附接在其上的底座，该压力传感器包括具有旨在承受加压流体的表面并且布置成根据压力而弹性变形的膜以及用于确定膜沿垂直于在静止状态下的膜的中间平面的轴线的变形的装置。根据本发明，膜由通过机械解耦结构连接到底座的框架支承，以将膜与由框架和底座之间的不同热膨胀引起的应力隔离。解耦结构包括仅在一侧上的框架与底座的连接部，其中膜和框架由相同的材料制成，并且其中该连接部布置成使得框架相对于底座在悬空位置上延伸。这种解耦方法更加特别适用于由硅制成的敏感元件，以及由硅合金(碳化硅、氮化硅)制成的敏感元件、由石英(“二氧化硅熔丝”)制成的敏感元件和还有由金刚石制成的敏感元件。这种结构可以容易地使用机械方法或湿化学方法或干化学方法进行加工。与解耦相连的偏转位于连接部的非常纤细的部分。

附图说明

在阅读本发明的具体非限制实施例的下列描述之后，本发明的其它特征和优点会变得显而易见。

参照附图，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的装置的示意性剖视图；

图2是根据本发明的第一实施例的装置的示意性俯视图；

图3是根据本发明的第一实施例的替代解决方案的装置的俯视图；

图4是根据本发明的第二实施例的装置的示意性剖视图。

图5是图4的区域v的局部细节图。

具体实施方式

参照附图，压力检测装置包括压力传感器附接在其上的底座1，压力传感器通常带有附图标记2。压力传感器2包括膜3，膜3具有用于承受加压流体的表面4，并布置成根据压力而弹性变形。压力传感器2还包括用于确定膜3沿垂直于静止时的膜3的中间平面的轴线5的变形的装置。

根据本发明，膜3由框架6支承，框架6由与膜3相同的材料制成。框架6由机械解耦结构支承，机械解耦结构通常带有附图标记7，与底座1连接并且布置成将膜3与由框架6和底座1之间的不同热膨胀引起的应力隔离。

根据图1至3所示的第一实施例，解耦结构7包括与框架6形成一体的板8以及在板8和底座1之间延伸的臂9。板8、膜3和框架6由相同的材料制成。臂9是可弹性变形的，以便将底座1和板8之间的任何不同的热膨胀转换成平行于中间平面的所产生的运动。

更确切地说，在此，板8具有大致矩形周界并且容纳在具有矩形周界的底座1的凹部10中，其中，臂9将板8的周界与凹部10的壁连接。

参照图2，臂9具有与板8连接的弯曲部分9.1和与底座1连接的直线部分9.2。

弯曲部分9.1沿相同的方向弯曲。每个臂9的弯曲部分9.1在板8的角部之一附近与板8形成一体。

每个直线部分9.2沿包含在平行于静止时的膜3的平面内但不与法向轴线5相交的方向延伸。每个臂9的直线部分9.2在凹部10的角部之一附近与底座1形成一体，其中，所述角部是与在与同一臂9的弯曲部分9.1连接的板8的角部对面的角部相邻的角部。直线部分9.2相对于法向轴线5对称地延伸。

臂9使得能够将板8和底座1之间的任何不同的热膨胀转换为包括绕法向轴线5的转动的所产生的运动。

在第一实施例中，本身已知的确定装置包括例如与板8形成一体的第一电极和与第一电极相对的、由膜3支承的第二电极。因此，当膜3经受待测流体的压力时，其在该压力下变形，使得沿轴线5测得的电极之间的距离根据压力而变化。当它们经受电压时，两个电极因此形成电容器，该电容器的电容根据压力而变化，其中这种电容的测量使得能够确定压力。为此目的，电极通过电线连接到本身已知且在此未示出的控制单元，电线的长度和柔性足以不妨碍板8的运动。

在图3所示的替代解决方案中，解耦结构7包括中间框架11，并且臂9是直的并且包括基本上相互平行并且将板8与中间框架11连接的第一系列臂9.a以及基本上垂直于第一系列臂9.a并且在中间框架11和底座1之间延伸的第二系列臂9.b。

臂9.a、9.b使得能够将板8和底座1之间的任何不同的热膨胀转换成板8在垂直于轴线5的平面上的平移。

在与图4相关的第二实施例的以下描述中，与先前描述的元件相同或相似的元件将带有与其相同的附图标记。

在该实施例中，解耦结构7包括与底座1形成一体并通过连接部12仅连接到框架6的一侧的块13，其中，该连接部布置成使框架相对于底座1在悬空位置。

该装置布置成使得由元件2、3、6、7组成的组件由与敏感元件具有相同性质的材料制成，从而不会引起在敏感元件和解耦结构7之间的任何膨胀差异。因此敏感元件可以以完全刚性的方式组装到解耦结构7上。

这种解耦方法更加特别适用于由硅制成的敏感元件，以及由硅合金(碳化硅、氮化硅)制成的敏感元件、由石英(二氧化硅熔丝)制成的敏感元件和还有由金刚石制成的敏感元件。这种结构可以容易地使用机械方法或湿化学方法或干化学方法进行加工。

与解耦相连的偏转位于在组件2、3、6、7附近的连接部12的非常纤细的部分，相比之下，该非常纤细的部分在热循环和/或振动期间是无限刚性的。

在连接部12的给定厚度和长度l(长度l沿块13和框架6之间的连接部12测得)的情况下，解耦效率(元件3、6组件的可接受变形与传感器性能)取决于d2/d1和d3/d1比率，其中：d1是连接部12的最小厚度(最柔软区域)，d2是连接部12在其与块7耦合处的最大厚度，以及d3是框架6的厚度。在任何情况下，这些比值优选在10到100的范围内，使得施加到敏感元件的剩余应力不管连接件12的变形如何在考虑预期性能的情况下都是可接受的。增加连接部12的长度或减小厚度使得能够再次提高解耦效率。

敏感元件可以包括压力敏感膜和封闭可以是真空的参考压力的后腔。

于是，本身已知的确定装置包括附接到膜3上以测量其变形的应变计。应变计通过电线连接到在此未示出的控制单元，电线的长度和柔性足以不妨碍框架6的运动。

当然，本发明不限于所述实施例而是涵盖在如由权利要求书限定的本发明的范围内的任何替代解决方案。

该装置可具体地具有除上述形状之外的其它形状。膜例如可以具有圆形形状。