活塞式压敏电阻及杜瓦及制造方法及真空度测试方法与流程

1.本发明涉及红外探测器的技术领域，尤其涉及一种活塞式压敏电阻。


背景技术：

2.杜瓦内气压测量是对杜瓦密封性能与寿命评判最直接的方法。目前，测量杜瓦密封性能是否良好的方法是通过对杜瓦进行热负载测试：向冷指气缸中注入液氮；通过测试液氮挥发速率进而对杜瓦气密性进行定性分析。密封性能良好的杜瓦挥发速率低；密封性能差的杜瓦挥发速率高。
3.目前，由于制冷红外探测器封装后杜瓦内部空间无法与外部真空检测设备直连，进行真空度的检测。已封装后的制冷红外探测器内的真空度检测仅能够通过对杜瓦进行热负载测试，得到一个杜瓦是否已经大量漏气的定性结果，对杜瓦内部轻微气体泄露并不敏感。此外，如果在杜瓦内引入传统电子气压传感器将会引入新的热源，并且对杜瓦内部真空度也存在负面影响，干扰制冷红外探测器正常工作；同时，由于电子气压传感器体积较大，也不符合杜瓦小型化的设计趋势。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞式压敏电阻，通过结构设计使其能够随着杜瓦内气压变化而变化，从而能够对杜瓦内气压进行实时且准确的检测。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种活塞式压敏电阻，其中，包括：
7.活塞本体、设于所述活塞本体的一端的绝缘限制位移端面和设于所述活塞本体的另一端的固定端面，所述活塞本体、所述绝缘限制位移端面和所述固定端面合围形成腔体；
8.滑动块，于所述腔体的内部滑动，所述滑动块的外壁与所述活塞本体的内壁之间电性连接；
9.所述滑动块将所述腔体分隔为：所述滑动块与所述固定端面之间的密闭的第一腔体，以及，所述滑动块与所述绝缘限制位移端面之间的与杜瓦相连通的第二腔体。
10.上述的活塞式压敏电阻，其中，所述活塞本体靠近所述固定端面的一侧还设有在制备所述活塞式压敏电阻时用于对所述第一腔体进行抽真空的抽气管。
11.上述的活塞式压敏电阻，其中，所述活塞本体的内壁涂有导电润滑脂。
12.本发明的活塞式压敏电阻也可以被认为是一种活塞式压敏传感器。
13.一种杜瓦，其中，包括权利要求1中所述的活塞式压敏电阻，所述活塞式压敏电阻的外壁上设有第一固定底座；
14.所述杜瓦还包括主筒，所述主筒的内壁上设有第二固定底座，所述第一固定底座和所述第二固定底座相正对地设置，且所述第一固定底座和所述第二固定底座之间具有间距；
15.其中，所述第一固定底座和所述第二固定底座通过热固性材料固定连接，所述热
固性材料包覆所述第一固定底座的至少一部分和所述第二固定底座的至少一部分。
16.上述的杜瓦，其中，还包括：第一绝缘子和第二绝缘子，所述第一绝缘子和所述第二绝缘子均设于所述主筒上，所述第一绝缘子与所述活塞式压敏电阻的所述滑动块键合，所述第二绝缘子与所述活塞式压敏电阻的所述固定端面键合。
17.上述的杜瓦，其中，还包括：所述第一绝缘子、所述活塞式压敏电阻的滑动块、所述活塞式压敏电阻的活塞本体的一部分、所述活塞式压敏电阻的固定端面、所述第二绝缘子之间形成测试回路。
18.上述的杜瓦，其中，还包括：所述活塞式压敏电阻的所述活塞本体的轴向方向沿所述杜瓦的所述主筒的径向设置。
19.一种活塞式压敏电阻的制造方法，适用于上述的活塞式压敏电阻，其中，所述制造方法包括：
20.a1：提供具有所述固定端面的所述活塞本体；
21.a2：在所述活塞本体的内壁均匀地涂抹导电润滑脂；
22.a3：将所述滑动块装配至所述腔体内；
23.a4：将所述绝缘限制位移端面焊接至所述活塞本体；
24.a5：将所述滑动块移动至所述绝缘限制位移端面，对所述第二腔体进行抽真空，使所述第二腔体的真空度与杜瓦的真空度一致；
25.a6：密封所述第二腔体；
26.或，所述制造方法包括：
27.c1：提供具有所述固定端面的所述活塞本体；
28.c2：将所述滑动块装配至所述腔体内；
29.c3：将所述滑动块移动至所述固定端面，在所述活塞本体的内壁均匀地涂抹导电润滑脂；
30.c4：将所述绝缘限制位移端面焊接至所述活塞本体；
31.c5：将所述滑动块移动至所述绝缘限制位移端面，对所述第二腔体进行抽真空，使所述第二腔体的真空度与杜瓦的真空度一致；
32.c6：密封所述第二腔体。
33.一种真空度测试方法，使用上述的杜瓦，其中，包括：
34.b1：在所述活塞式压敏电阻安装至所述主筒后，对所述主筒进行抽真空和密封；
35.b2：在设定温度下对测试回路的出厂电阻值进行记录；
36.b3：所述杜瓦在使用过程中出现气体的情况下，由于所述活塞式压敏电阻的所述第一腔体、所述第二腔体之间具有压差而使所述滑动块滑动，从而导致所述活塞式压敏电阻的变化后的实际电阻值与所述出厂电阻值不同，通过变化后的所述实际电阻值计算所述杜瓦内的变化后的实际气压值。
37.上述的真空度测试方法，其中，变化后的所述实际气压值的计算公式为：
38.p1×v1
＝p2×v2
39.其中，p1为所述杜瓦的初始气压值；v1为所述活塞式压敏电阻的所述第二腔体的最大体积值；p2为变化后的所述实际气压值；v2为所述活塞式压敏电阻的所述第二腔体的变化后的实际体积值；
[0040]v1
＝l1×s[0041]
其中，l1为所述活塞式压敏电阻的侧壁有效电路的最大长度；s为所述活塞式压敏电阻的所述腔体的截面积；
[0042]v2
＝l2×s[0043]
其中，l2为所述活塞式压敏电阻的变化后的侧壁有效电路的长度；
[0044]
r＝ρl2/s
[0045]
其中，r为变化后的所述实际电阻值；ρ为电阻率。
[0046]
上述的真空度测试方法，其中，变化后的所述实际气压值的计算公式为：
[0047][0048]
其中，p2为变化后的所述实际气压值；p1为所述杜瓦的初始气压值；l1为所述活塞式压敏电阻的侧壁有效电路的最大长度；ρ为电阻率；r为变化后的所述实际电阻值；s为所述活塞式压敏电阻的所述腔体的截面积。
[0049]
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
[0050]
(1)本发明的活塞式压敏电阻值能够随着杜瓦内气压改变而变化，能够填补热负载测漏过程中的气压不敏感区间。
[0051]
(2)本发明的活塞式压敏电阻直连绝缘子的设计能够从外部直接对杜瓦内气压进行实时且准确检测。
[0052]
(3)本发明的活塞式压敏电阻对杜瓦内密封性无影响，并且无新热源引入杜瓦内，保证红外探测器的制冷工作环境。
[0053]
(4)本发明的脂连接固定活塞式压敏电阻能够有效隔绝从主筒传来的热量，为精确测量以及芯片稳定的工作环境带来了进一步的保障。
附图说明
[0054]
图1是本发明的活塞式压敏电阻的立体示意图。
[0055]
图2a是本发明的活塞式压敏电阻的剖视示意图。
[0056]
图2b是本发明的活塞式压敏电阻的剖视示意图。
[0057]
图2c是本发明的活塞式压敏电阻的剖视示意图。
[0058]
图3是本发明的杜瓦的剖视示意图。
[0059]
图4是本发明的杜瓦的a-a剖视示意图。
[0060]
附图中：1、活塞本体；2、绝缘限制位移端面；3、固定端面；4、滑动块；5、抽气管；61、第一固定底座；62、第二固定底座；7、主筒；81、第一绝缘子；82、第二绝缘子。
具体实施方式
[0061]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，
仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
[0063]
需要特别说明的是，本发明中的“水平”、“垂直”均用于说明大致位置关系，而并非严格的“水平面”或“竖直面”。
[0064]
需要特别说明的是，本发明在未作出明确说明的情况下，既可以以附图中所示出的角度使用，也可以以附图以外的角度使用。
[0065]
请参见图1至图4所示，示出一种较佳实施例的活塞式压敏电阻，包括：活塞本体1、设于活塞本体1的一端的绝缘限制位移端面2和设于活塞本体的另一端的固定端面3，活塞本体1、绝缘限制位移端面2和固定端面3合围形成腔体；滑动块4，于腔体的内部滑动，滑动块4的外壁与活塞本体1的内壁之间电性连接；滑动块4将腔体分隔为：滑动块4与固定端面3之间的密闭的第一腔体，以及，滑动块4与绝缘限制位移端面2之间的与杜瓦相连通的第二腔体。
[0066]
进一步，作为一种较佳的实施例，活塞本体1靠近固定端面3的一侧还设有在制备活塞式压敏电阻时用于对第一腔体进行抽真空的抽气管5。优选的，抽气管5的材质为铜。
[0067]
进一步，作为一种较佳的实施例，活塞本体1的内壁涂有导电润滑脂。通过导电润滑脂对活塞本体1进行润滑、实现活塞本体1与滑动块4之间的密封与导电。
[0068]
进一步，作为一种较佳的实施例，绝缘限制位移端面2呈环状结构，用于限制滑动块4的运动范围。具体的，绝缘限制位移端面2的内径小于滑动快4的外径。
[0069]
进一步，作为一种较佳的实施例，滑动块4包括呈圆盘状的第一部分和与第一部分相连接的、用于键合引线的第二部分。其中，第一部分被绝缘限制位移端面2限位，第二部分与键合线相连接。更具体的，键合线贯穿绝缘限制位移端面2并与该第二部分相连接。
[0070]
进一步，作为一种较佳的实施例，腔体的直径为5mm，壁厚为0.1mm，高度为10mm。
[0071]
进一步，作为一种较佳的实施例，滑动块4的直径为4.8mm，轴向高度为1.5mm。
[0072]
进一步，作为一种较佳的实施例，活塞本体1的内壁和滑动块的外壁(即接触表面)分别通过磨粒流体抛光机和砂纸进行初步抛光，使得表面粗糙度达到0.6微米；再进行电解抛光至表面粗糙度0.3微米。
[0073]
进一步，作为一种较佳的实施例，绝缘限制位移端面2的材质为陶瓷。
[0074]
进一步，作为一种较佳的实施例，绝缘限制位移端面2的外径为5mm，内径为3mm。
[0075]
进一步，作为一种较佳的实施例，固定端面3、排气管5与第一固定底座61峻通过焊接的方式进行固定、密封。
[0076]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
[0077]
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
[0078]
本发明的进一步实施例中，还提供了一种杜瓦，包活塞式压敏电阻，活塞式压敏电阻的外壁上设有第一固定底座61；杜瓦还包括主筒7，主筒的7 内壁上设有第二固定底座62，第一固定底座61和第二固定底座62相正对地设置，且第一固定底座61和第二固定底座62之间具有间距；其中，第一固定底座61和第二固定底座62通过热固性材料固定连接，热固性材料包覆第一固定底座61的至少一部分和第二固定底座62的至少一部分。
[0079]
第一固定底座61和第二固定底座62之间的间距、以及通过热固性材料尤其是通过
树脂的连接避免了主筒7向活塞式压敏电阻传热或导电。
[0080]
为了使活塞式压敏电阻与主筒7绝缘连接且保证主筒7向压敏传感器传热效率低下，主筒7和活塞式压敏电阻的表面都通过钎焊焊接上固定底座(即第一固定底座61和第二固定底座62)，并且导热率低的热固性材料(尤其是各类竖直)被用于固定连接活塞式压敏电阻与主筒7。
[0081]
具体的，在连接过程中，通过夹具控制主筒7和活塞式压敏电阻的位置，再将流体状态的树脂浇筑到模具中进行固化。
[0082]
更具体的，通过工装将主筒7与活塞式压敏电阻进行固定，柔性橡胶成型模具将主筒7上的第二固定底座62和活塞式压敏电阻上的第一固定底座 61囊括在内。将1:0.8配比的环氧树脂与亚克力粉末搅拌均匀，浇筑至柔性橡胶成型模具中,约20分钟树脂完全固化，即可移除模具与工装。
[0083]
进一步，作为一种较佳的实施例，还包括：第一绝缘子81和第二绝缘子 82，第一绝缘子81和第二绝缘子82均设于主筒7上，第一绝缘子81与活塞式压敏电阻的滑动块4键合，第二绝缘子82与活塞式压敏电阻的固定端面3 键合。
[0084]
为了将外部与内部电路连通，活塞式压敏电阻的两端通过键合连接第一绝缘子81和第二绝缘子82，以便于从外部直接测量电阻值。
[0085]
需要特别说明的是，键合丝对活塞式压敏电阻的运动阻碍非常小，阻力可忽略不计。
[0086]
进一步，作为一种较佳的实施例，第一绝缘子81和第二绝缘子82均沿主筒7的径向方向设置。
[0087]
进一步，作为一种较佳的实施例，第一绝缘子81和第二绝缘子82均包括杆状结构(金属)和环绕于杆状结构外的环状结构(陶瓷)。
[0088]
进一步，作为一种较佳的实施例，绝缘子至少包括陶瓷与金属(可伐合金) 两部分。绝缘子与主筒7连接时，中间金属部分被陶瓷隔开，以使绝缘子两端导电，且与主筒7不导电。优选的，绝缘子通过钎焊与主筒7连接在一起。
[0089]
进一步，作为一种较佳的实施例，绝缘子还包括位于其端部的打标键合区，用红外纳秒激光在打标键合区刻蚀十字沟槽，增加表面粗糙度并且增加键合丝附着面积，在键合过程中，键合丝能够牢固的附着在绝缘子和活塞式压敏电阻的表面。通过键合机引线，将绝缘子和活塞式压敏传感器连通。
[0090]
进一步，作为一种较佳的实施例，第一绝缘子81、活塞式压敏电阻的滑动块4、活塞式压敏电阻的活塞本体1的一部分、活塞式压敏电阻的固定端面3、第二绝缘子之间形成测试回路。
[0091]
进一步，作为一种较佳的实施例，活塞式压敏电阻的活塞本体1的轴向方向沿杜瓦的主筒7的径向设置。
[0092]
为了避免重力对滑动块4的影响，活塞式压敏电阻以水平方向(即主筒 7的径向方向)与主筒7进行连接与固定。
[0093]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
[0094]
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
[0095]
本发明的进一步实施例中，还提供了第一种活塞式压敏电阻的制造方法，包括：
[0096]
a1：提供具有固定端面3的活塞本体1；
[0097]
a2：在活塞本体1的内壁均匀地涂抹导电润滑脂；
[0098]
a3：将滑动块4装配至腔体内；
[0099]
a4：将绝缘限制位移端面2焊接至活塞本体1；
[0100]
a5：将滑动块4拉动至满行程，对第二腔体进行抽真空，使第二腔体的真空度与杜瓦的真空度一致；优选的，将滑动块4移动至绝缘限制位移端面 2，用夹具限制滑动块4与固定端面2的相对运动，对第二腔体进行抽真空。优选的，真空度为10-8
pa；
[0101]
a6：密封第二腔体。优选的，夹断抽气管5对活塞式压敏电阻进行密封，再将胶水涂覆在被夹断处，对密封口进行进一步保护。
[0102]
由于第一墙体与杜瓦联通，第二腔体密封且第二墙体的真空度与杜瓦的初始真空度一致，因此杜瓦的气压改变，会导致滑动块4发生滑动。由于电阻值与电路的长度成正比，因此，电阻同时发生改变。
[0103]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
[0104]
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
[0105]
本发明的进一步实施例中，还提供了第二种活塞式压敏电阻的制造方法，包括：
[0106]
c1：提供具有固定端面3的活塞本体1；
[0107]
c2：将滑动块4装配至腔体内；
[0108]
c3：将滑动块4移动至固定端面2，在活塞本体1的内壁均匀地涂抹导电润滑脂；
[0109]
c4：将绝缘限制位移端面2焊接至活塞本体1；
[0110]
c5：将滑动块4移动至绝缘限制位移端面2，用夹具限制滑动块4与固定端面2的相对运动，对第二腔体进行抽真空，使第二腔体的真空度与杜瓦的真空度一致。优选的，真空度为10-8
pa；
[0111]
c6：密封第二腔体。优选的，夹断抽气管5对活塞式压敏电阻进行密封，再将胶水涂覆在被夹断处，对密封口进行进一步保护。
[0112]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
[0113]
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
[0114]
本发明的进一步实施例中，还提供了一种真空度测试方法，包括：
[0115]
b1：在活塞式压敏电阻安装至主筒7后，对主筒7进行抽真空和密封；
[0116]
b2：在设定温度下对测试回路的出厂电阻值进行记录；优选的，设定维度为21℃；
[0117]
b3：杜瓦在使用过程中出现气体的情况下，由于活塞式压敏电阻的第一腔体、第二腔体之间具有压差而使滑动块4滑动，从而导致活塞式压敏电阻的变化后的实际电阻值与出厂电阻值不同，通过变化后的实际电阻值计算杜瓦内的变化后的实际气压值。
[0118]
进一步，作为第一种较佳的实施例，变化后的实际气压值的计算公式为：
[0119][0120]
其中，p2为变化后的实际气压值；p1为杜瓦的初始气压值；l1为活塞式压敏电阻的
侧壁有效电路的最大长度；ρ为电阻率；r为变化后的实际电阻值；s为活塞式压敏电阻的腔体的截面积。
[0121]
进一步，作为第二种较佳的实施例，变化后的所述实际气压值的计算公式为：
[0122]
p1×v1
＝p2×v2
[0123]
其中，p1为所述杜瓦的初始气压值；v1为所述活塞式压敏电阻的所述第二腔体的最大体积值；p2为变化后的所述实际气压值；v2为所述活塞式压敏电阻的所述第二腔体的变化后的实际体积值；
[0124]v1
＝l1×s[0125]
其中，l1为所述活塞式压敏电阻的侧壁有效电路的最大长度；s为所述活塞式压敏电阻的所述腔体的截面积；
[0126]v2
＝l2×s[0127]
其中，l2为所述活塞式压敏电阻的变化后的侧壁有效电路的长度；
[0128]
r＝ρl2/s
[0129]
其中，r为变化后的所述实际电阻值；ρ为电阻率。
[0130]
上述的真空度测试方法，其中，变化后的所述实际气压值的计算公式为：
[0131][0132]
其中，p2为变化后的所述实际气压值；p1为所述杜瓦的初始气压值；l1为所述活塞式压敏电阻的侧壁有效电路的最大长度；ρ为电阻率；r为变化后的所述实际电阻值；s为所述活塞式压敏电阻的所述腔体的截面积。
[0133]
通过第二种较佳的实施例的计算公式代换可得到第一种较佳实施例的计算公式。
[0134]
利用本发明中的装置与方法可以方便快捷地测量出杜瓦内实时的真空度值。
[0135]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。