一种高可靠性压阻式压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高可靠性压阻式压力传感器，包括：引压嘴、敏感元件、转接件、屏蔽件、电路板、滤波器、外壳，引压嘴上端放置敏感元件，敏感元件和引压嘴焊接连接，敏感元件和引压嘴内腔形成一个密封腔体；转接件通过螺纹连接引压嘴并在螺纹处涂胶；引压嘴和外壳焊接连接；转接件上端固定电路板和屏蔽件，滤波器安装在屏蔽件上；电连接器固定连接外壳；敏感元件与电路板电连接，电路板与滤波器电连接，滤波器与电连接器电连接，敏感元件测量被测介质后输出电压信号到电路板，电路板对电压信号进行温度补偿和滤波放大后输出测量信号，测量信号通过滤波器保护后传送至电连接器，成为传感器输出。该传感器具有高过载能力、良好的温度特性和测量性能，在航天领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力传感器设计技术，具体涉及一种高可靠性压阻式压力传感器。
技术介绍
压阻式压力传感器在军事和航空航天领域应用广泛，许多应用场合对传感器的可靠性和温度误差都有严格的要求。如在管道压力测量应用中，一旦传感器失效导致被测气体或者液体泄露，不仅会使测量任务失败，严重的情况甚至会造成人员伤亡。压阻式传感器与其他同类传感器相比，没有一般机械传动结构，所以完全消除了摩擦误差，也能消除一般传感器中金属膜片因蠕变、迟滞产生的误差，大大提高了传感器的精度，而且耐震性、耐腐蚀性、抗干扰能力、稳定性以及可靠性好，广泛地应用在航天、航空、航海等各个领域。压阻式压力传感器对温度敏感，会受到环境温度的影响，导致输出信号产生零点漂移和灵敏度漂移，传统的温度补偿技术多采用分离元件设计，补偿方法有串并联电阻补偿、热敏电阻补偿及二极管补偿等，这些补偿方法调试过程复杂且补偿精度有限，近年来随着技术发展运用智能化信号补偿芯片以提高补偿精度。随着国民经济的发展，诸如航空航天、武器装备等领域对压阻式压力传感器在大幅变化的温度范围下的可靠性提出了越来越高的要求。本专利技术提出的高可靠性压阻式压力传感器包括选用MEMS压力敏感元件、传感器机械结构设计和温度补偿电路设计三部分。选用合适的MEMS压力敏感元件可以根据要求设计出不同量程的传感器，方法灵活。机械结构设计采用焊接连接和螺纹粘胶防松连接方式，保证产品具有足够的结构强度，避免泄露和失效，极大的提高了产品的可靠性。温度补偿电路设计不仅能提高产品的精度，降低温度误差，还可以根据要求自由设置传感器输出信号范围，采用本专利技术提供的传感器，具有3倍量程压力过载能力，并能够通过箭上环境试验的考核，满足航天和军事领域压力测量的使用要求。
技术实现思路
用于航天领域的压力传感器，对产品的结构强度和可靠性有严格的要求，本专利技术采用了基于MEMS技术制作的压阻压力敏感元件，该元件结构简单可靠且过载能力强。为了防止传感器发生泄露，本专利技术采用焊接实现敏感元件和引压嘴之间的连接，该密封结构可保证产品具备3倍设计量程的过压能力；外壳材料为不锈钢，与引压嘴焊接，外壳表面经导电氧化后具有更好的耐腐蚀性；转接件材料为铝，该材料轻且工艺性好，转接件和引压嘴通过螺纹加粘胶连接，该方式操作简便且强度高，可有效保证传感器的可靠性。本专利技术提供一种高可靠性压阻式压力传感器，包括：引压嘴、敏感元件、转接件、屏蔽 件、电路板、滤波器、外壳，引压嘴上端放置敏感元件，敏感元件和引压嘴焊接连接，敏感元件和引压嘴内腔形成一个密封腔体；转接件通过螺纹连接引压嘴并在螺纹处涂胶；引压嘴和外壳焊接连接；转接件上端固定电路板和屏蔽件，滤波器安装在屏蔽件上；电连接器固定连接外壳；敏感元件与电路板电连接，电路板与滤波器电连接，滤波器与电连接器电连接，敏感元件测量被测介质后输出电压信号到电路板，电路板对电压信号进行温度补偿和滤波放大后输出测量信号，测量信号通过滤波器保护后传送至电连接器，成为传感器输出。所述电路板为双层板，材料为环氧玻璃布压板，包括第一稳压源和第二稳压源，信号调理芯片，感压电桥；电源接第一稳压源第1管脚和第二稳压源第1管脚，第一稳压源第1管脚接0.1uf电容接地，第二稳压源第1管脚接0.1uf电容接地，第一稳压源第3管脚和第二稳压源第3管脚共同接地；第一稳压源和第二稳压源为信号调理芯片供电；第二稳压源第2管脚接信号调理芯片的第9管脚，第一稳压源第2管脚接信号调理芯片的第7管脚；信号调理芯片的第5管脚接感压电桥的1端，给感压电桥供电，信号调理芯片的第5管脚与第1管脚短接；信号调理芯片的第4管脚接感压电桥的4端，信号调理芯片的第6管脚接感压电桥的2端，感压电桥的3端接地G，信号调理芯片的第3管脚和第8管脚接地；调试时信号调理芯片的第11管脚和第10管脚连通智能调试系统，调试完信号调理芯片的第11管脚悬空，第10管脚接地；信号调理芯片的第2管脚输出温度补偿并放大后的信号，信号调理芯片的第2管脚接低通滤波电路后输出。进一步的，在电源到地之间并接瞬态电压抑制二极管。所述引压嘴采用不锈钢材料，引压嘴下端设螺纹、螺距，引压嘴上端设螺纹。所述敏感元件为MEAS 87N和MEAS 85C。转接件材料是铝，下端内部螺纹和引压嘴上端螺纹配合，上端有4个螺纹孔和1个凹槽。所述电连接器为4芯插针，1号插针连接+15V电源，2号插针连接输出信号，3号插针连接地，4号插针为空。本专利技术的有益效果如下：为检验本专利技术的效果，生产了本专利技术所述的10只样机，其中5只小量程压力传感器，5只大量程压力传感器，所有传感器均能够承受3倍量程的压力过载，并且顺利通过振动、温循、冲击、过载及低气压等严酷条件的试验。试验测试结果表明，本专利技术压阻式压力传感器的零位输出电压分布在144mV～156mV之间，满量程输出电压分布在4.898V～4.903V之间，常温精度分布在0.080％～0.146％之间，全温度范围总精度分布在：0.216％～0.358％之间，均能很好的满足设计指标的要求。本专利技术提供的高可靠性压阻式压力传感器具有高过载能力和良好的温度特性，具有优良 的测量性能，在航天领域具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术压阻式压力传感器的整机结构图；1-引压嘴 2-敏感元件 3-转接件 4-外壳 5-电路板 6-螺钉 7-屏蔽件 8-滤波器 9-导线 10-螺钉 11-电连接器 A-焊缝 B-焊缝图2是大量程传感器引压嘴的结构示意图；图3是小量程传感器引压嘴的结构示意图；图4是大量程传感器转接件的结构示意图；图5是小量程传感器转接件的结构示意图；图6是外壳的结构示意图；图7是屏蔽件的主视图；图8是屏蔽件的俯视图；图9是智能补偿电路图；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域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，都属于本专利技术要求保护的范围。如图1所示，本专利技术的压阻式压力传感器包括引压嘴、敏感元件、转接件、屏蔽件、滤波器、外壳，敏感元件和引压嘴焊接连接，测量时将引压嘴通过螺纹连接到被测管道或箱体上，里面的被测气体或液体进入到引压嘴内腔与敏感元件接触，敏感元件承压后输出电压信号到电路板，电压信号经电路板温度补偿和滤波放大后通过电连接器输出。1、敏感元件焊接选用MEAS公司生产的敏感元件85C系列传感器作为小量程传感器敏感元件，量程15-500psi；选用MEAS 87N系列传感器作为大量程传感器敏感元件，量程1000-5000psi。这两个系列均为可焊型全不锈钢材料。根据敏感元件外形尺寸不同，引压嘴上端尺寸结构设计也不同，如图2、图3所示。85C系列传感器安装到小量程引压嘴上端，87N系列传感器安装到大量程引压嘴上端，敏感元件和引压嘴通过焊接连接，敏感元件和引压嘴内腔共同形成一个密封的腔体。2、转接件结构 传感器的转接件结构用于固定电路板和屏蔽件，根据引压嘴尺寸不同，转接件也有不同 的结构如图4、图5所示。转接件材料是铝，该材料轻且工艺性好。转接件下端内部螺纹与引压嘴连接，并粘胶防松，转接件上端用于固定电路板和屏蔽件；屏蔽件上装有滤波器，可实现对外界电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性压阻式压力传感器，其特征在于，包括：引压嘴、敏感元件、转接件、屏蔽件、电路板、滤波器、外壳，引压嘴上端放置敏感元件，敏感元件和引压嘴焊接连接，敏感元件和引压嘴内腔形成一个密封腔体；转接件通过螺纹连接引压嘴并在螺纹处涂胶；引压嘴和外壳焊接连接；转接件上端固定电路板和屏蔽件，滤波器安装在屏蔽件上；电连接器固定连接外壳；敏感元件与电路板电连接，电路板与滤波器电连接，滤波器与电连接器电连接，敏感元件测量被测介质后输出电压信号到电路板，电路板对电压信号进行温度补偿和滤波放大后输出测量信号，测量信号通过滤波器保护后传送至电连接器，成为传感器输出。

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性压阻式压力传感器，其特征在于，包括：引压嘴、敏感元件、转接件、屏蔽件、电路板、滤波器、外壳，引压嘴上端放置敏感元件，敏感元件和引压嘴焊接连接，敏感元件和引压嘴内腔形成一个密封腔体；转接件通过螺纹连接引压嘴并在螺纹处涂胶；引压嘴和外壳焊接连接；转接件上端固定电路板和屏蔽件，滤波器安装在屏蔽件上；电连接器固定连接外壳；敏感元件与电路板电连接，电路板与滤波器电连接，滤波器与电连接器电连接，敏感元件测量被测介质后输出电压信号到电路板，电路板对电压信号进行温度补偿和滤波放大后输出测量信号，测量信号通过滤波器保护后传送至电连接器，成为传感器输出。2.根据权利要求1所述的一种高可靠性压阻式压力传感器，其特征在于，所述电路板为双层板，材料为环氧玻璃布压板，包括第一稳压源和第二稳压源，信号调理芯片，感压电桥；电源接第一稳压源第1管脚和第二稳压源第1管脚，第一稳压源第1管脚接0.1uf电容接地，第二稳压源第1管脚接0.1uf电容接地，第一稳压源第3管脚和第二稳压源第3管脚共同接地；第一稳压源和第二稳压源为信号调理芯片供电；第二稳压源第2管脚接信号调理芯片的第9管脚，第一稳压源第2管脚接信号调理芯片的第7管脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳华，陈玉玲，赵爽，李国珍，史岩峰，邰爱民，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11