一种具有隔热导压功能的压力传感器及测试方法与流程

1.本发明属于压力传感器领域，尤其是一种具有隔热导压功能的压力传感器及测试方法。


背景技术：

2.扩散硅压力传感器基于其mems压敏芯片固有特性限制，一般适用的介质温度范围在-40℃～125℃，对于高温(小于300℃的)流体介质的压力测量，最为常用方法是在压力接口前端增加散热装置。如图1所示，圆形的不锈钢散热片层叠，中轴内有细长孔，导入压力介质(热水或热油等)，在热源的远端焊接常规压力传感器，由于盲管内的介质不流动，不会通过对流方式导热，散热片可以将测量介质的高温向周围环境辐射，通过导流散热部件对远端压力传感器实现降温保护。
3.而该散热部件存在以下缺陷：散热效能低，单位长度降温能力差；散热片式结构，散热效果取决于散热片数量和环境温度，介质高于150℃时散热片数量需要增加，使得散热器长度变得更长以至于可安装性降低。对于200℃以上的应用，这种结构在实践上基本不可行。另一方面，结构上没有做到与热源的隔离，该散热片与前端的压力接口为同样的不锈钢材质，经过外壁圆周焊接实现物理连接。这种连接方式使得散热片与热源直接相连，热源的热量会源源不断向传感器一端传导，同时介质在中轴内的细长孔内传递压力，基于结构强度的考量，中轴直径会比较大，同样增加了传导面积。还有，被测介质(热水或油)结垢易堵塞导压细长孔；该散热部件的中轴内有一细长的导压孔，被测介质需要流经压力接口的通孔，再经过导压孔，由外部的圆形散热片向环境散热，最后到达热源远端压力传感器的感压波纹膜片。高温介质经常会有结垢情况，或者对于粘稠介质有沉淀物时，都可能堵塞细孔致使测量失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有隔热导压功能的压力传感器及测试方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种具有隔热导压功能的压力传感器，包括传感器基座和波纹膜片；
7.传感器基座的一端设有下盖，下盖的另一侧设有下板，传感器基座与下盖之间及下盖与下板之间均留有空腔；
8.波纹膜片通过矩形压圈压在上盖内，上盖的另一侧设有上板，波纹膜片与上盖之间及上盖与上板之间均留有空腔；
9.上盖与下盖上均开设有导压孔；
10.上板与下板之间设有三个立柱，其中一个立柱内为中空的毛细管，三个立柱的两端均通过绝缘子固定在上板和下板上；
11.所述空腔及毛细管内均充满硅油。
12.进一步的，传感器基座内中心粘贴有感压芯片；
13.传感器基座上还设有细针引线，细针引线与传感器基座接触处烧结有玻璃绝缘子进行固定和绝缘，位于传感器基座内的细针引线与感压芯片表面的焊盘连接导通；
14.传感器基座上开设有注油孔，注油孔开口处设有钢珠。
15.进一步的，传感器基座上还设有背压孔。
16.进一步的，注油孔与钢珠利用电阻焊将两者焊接密封。
17.进一步的，上盖与矩形压圈通过焊接连为一体；
18.下板与下盖通过焊接连为一体；
19.上盖与上板通过焊接连为一体；
20.下盖与传感器基座通过焊接连为一体。
21.进一步的，上盖上设有焊沿，所述焊沿用于焊接压力接头。
22.进一步的，所述绝缘子为玻璃环，所述玻璃环套设在立柱和毛细管的两侧末端。
23.一种压力测试方法，包括以下操作：
24.将本发明所述的具有隔热导压功能的压力传感器安装于管道外接的压力表缓冲管末端，蒸气经缓冲管后进入所述压力传感器中；
25.波纹膜片将蒸气与毛细管内的硅油进行物理隔离，将压力传递给硅油，进而沿毛细管传递到感压芯片。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.本发明的具有隔热导压功能的压力传感器，用低热导率的玻璃隔离金属直接连接，物理上隔断了金属之间的热传导，立柱两端均以玻璃连接，实现两级隔离，使降温梯度显著；三个立柱中，两个为实心结构，另一个立柱为毛细管，内部有中空管道结构，充灌硅油来传导压力，该毛细管与环境完全接触，为向环境进行散热的主体。而热源介质端焊有一个上盖，与波纹膜片，毛细管、下盖、传感器共同构成一个封闭的空腔，灌充硅油传递压力，该设计保证了本发明导压隔热部件的内部，自有纯净的导压硅油不受污染。波纹膜片前置后，拒绝了被测介质进入散热部件，消除了堵塞风险，提升了传感器的可靠性。
28.进一步的，上盖在膜片外，上面的焊沿，用于焊接不同的压力接头来切换不同的连接螺纹，提供了更多的灵活度。
29.进一步的，下盖与传感器焊接，可与各种量程的压力传感器适配，提供了丰富的量程选择。
30.本发明的具有隔热导压功能的压力传感器的压力测试方法，温度只能通过热辐射向远端的压力传感器传递，效率极低，故传感器外壳将保持在安全温度内。硅油在向传感器芯片的传导中，经过折弯的毛细管油量极少，通行路径长，毛细管处于32℃的环境温度下，可以保证硅油接触芯片时温度处于较低的状态。在测试过程中，从管道到传感器感压芯片是个单端开口的盲管，无论是蒸气还是硅油都不存在流动，所以不存在热对流。管道热源在传向远端的过程中，利用这些措施使其失热，最终能保持一个相对稳定的温度梯度，远端温度不损坏传感器。
附图说明
31.图1为压力接口前端增加散热装置的结构示意图；
32.图2为本发明的结构示意图，其中，图2(a)为三维图，图2(b)为侧视图；
33.图3为本发明的三个视图，其中，图3(a)为左视图，图3(b)为主视图，图3(c)为右视图；
34.图4为本发明的剖视图；
35.其中：1-立柱；2-毛细管；3-上板；4-下板；5-第一绝缘子；6-矩形压圈；7-波纹膜片；8-第二绝缘子；9-上盖；10-下盖；11-感压芯片；12-细针引线；13-注油孔；14-钢珠；15-传感器基座；16-背压孔；17-导压孔；18-第一焊道；19-第二焊道；20-第三焊道；21-第四焊道。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
39.参见图3和图4，图3(a)为左视图，图3(b)为主视图，图3(c)为右视图，一种具有隔热导压功能的压力传感器，主要结构从左向右分为隔热散热器模块、传感器模块两部分：由三立柱支撑的散隔热器模块，参见图4，由两根立柱1和一根毛细管2，共同构成三角分布的支撑，上板3和下板4分别开有三个通孔，立柱1和毛细管2分别从通孔穿过，第一绝缘子5和第二绝缘子8是玻璃环，第一绝缘子5和第二绝缘子分别套在立柱1和毛细管2的两侧末端，处于上板3和下板4的通孔内，绝缘子起到支撑和隔离盖作用。上盖9中心开设有导压孔17，上盖9与矩形压圈6之间夹持有波纹膜片7，上盖9与矩形压圈6由第一焊道18焊接为一体，上盖9与上板3装配，通过第二焊道19与上板3焊接为一体。下板4中心有导压孔17，下板4与下盖10装配，由第三焊道20焊接为一体。
40.右部的传感器部分，下盖10与传感器基座15，由第四焊道21焊接为一体，传感器基座15内平面中心粘贴有感压芯片11，传感器基座15上开设有注油孔13，注油孔13开口处设有钢珠14，利用电阻焊将两者焊接密封；细针引线12穿过传感器基座15，中间烧结有玻璃绝缘子进行固定和绝缘，在传感器基座15内的细针引线12与感压芯片11表面的焊盘经金线连接导通；
41.从图4中可以看出，波纹膜片7和上盖9之间留有空腔，上盖9与上板3之间留有空腔，下板4与下盖10之间留有空腔，下盖10与传感器基座15之间留有空腔，毛细管2的两端分
别与上盖9与上板3之间的空腔、下板4与下盖10之间的空腔相连通，由波纹膜片7、上盖9、毛细管2、下盖10、传感器基座15共同构成一个封闭的空腔，从开孔处13注油孔，真空灌充硅油，用钢珠14焊接注油孔13密封。
42.参见图2，图2(a)为具有隔热导压功能的压力传感器三维图，图2(b)为侧视图，从图中可以看出，上侧的三立柱支撑的散隔热器模块安装在下侧的传感器模块上。
43.本发明的工作原理为：
44.某蒸气管道，内部压力约3mpa，饱和蒸气温度230度，管道外部有保湿层包覆，压力检测点所处位置的环境温度为32℃。本压力传感器压力接头安装于管道外接的压力表缓冲管末端，高温蒸气经过缓冲管后温度降至205℃，传感器的波纹膜片将205℃的蒸气与内部毛细灌充的硅油进行物理隔离，将压力传递给硅油，进而沿毛细管传递到感压芯片。由于压力接口模块与散热器模块之间有热不良体隔离，抑制了温度传导，高温只能通过热辐射向远端的压力传感器传递，效率极低，故传感器外壳将保持在80℃以下的安全温度内。硅油在向传感器芯片的传导中，经过折弯的毛细管油量极少，通行路径长，毛细管处于32℃的环境温度下，可以保证硅油接触芯片时温度处于较低的状态。
45.在这个过程中，从管道到传感器感压芯片是个单端开口的盲管，无论是蒸气还是硅油，工作中都不存在流动，所以不存在热对流。管道热源在传向远端的过程中，利用这些措施使其失热，最终能保持一个相对稳定的温度梯度，远端温度不损坏传感器。
46.本发明的一种具有隔热导压功能的压力传感器，经过两级隔离热源与压力传感器之间的金属温度传导，具有更为高效的散热效率，同时减少部件整体长度和重量，减少了堵塞风险。
47.本发明通过引进导压隔热部件，插入在压力传感器的波纹膜片与感压芯片之间，导压隔热部件的功能如下：连接压力接口和传感器，提供结构支撑；导流传递压力；隔离热源向传感器端的热传导；被动向环境散热，降低远端温度。
48.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。