溅射薄膜温度压力复合传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种溅射薄膜温度压力复合传感器及其制作方法，可同时测量高低温气态或液态介质的温度与压力。其包括接嘴、敏感元件、铜柱、补偿板、金引线、套筒、信号处理电路板、外壳、导线、紧固螺钉、航空插座和插座底座，敏感元件上除了通过溅射薄膜工艺加工有四个用于压力测量的薄膜电阻，同时还在压力测量薄膜电阻的外圆周的极小形变区加工有两个用于温度测量的薄膜电阻。四个压力测量薄膜电阻通过金引线与补偿板进行转接并组桥，两个温度测量薄膜电阻引出四根金引线通过补偿板一对一转换为导线，并接到信号处理电路板上，并在信号调理电路板上完成组桥和补偿。该发明专利技术在原溅射薄膜压力传感器制造工艺基础上，几乎不增加任何生产和使用成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种溅射薄膜温度压力复合传感器及其制作方法，尤其适用于低成本、低功耗，高可靠性，高稳定性，长寿命的要求下实现同时测量气体、液体温度和压力的场合，或需要在原来只有压力测量功能的测量点增加温度测量功能的情况。对于复杂智能传感网络的搭建，以及某些工业环境、军事装备、航空航天航海等领域，在升级或改变原来设备、系统存在困难，同时又不能改变压力测量接口情况下的使用具有非常实际的意义。
技术介绍
压力、温度传感器广泛应用于工业生产、军事装备、航空航天航海等各个领域中。现有的单独具有温度和压力测量功能的传感器无论技术还是产品均十分成熟，压力测量多采用应变效应、压阻效应、压电效应等，通过电阻、电容、电感变化测量压力，也有部分高端产品利用谐振技术、激光和光栅等新型技术实现压力测量。温度测量较常用的有铂电阻、热电偶、二极管等测温元件及越来越普遍的红外测温方式。当前许多领域的发展对智能化、云计算等新技术的需求越来越大，一方面许多压力测量环境在原来的基础上对测量精准度的要求越来越高，温度对压力测量结果的影响越来越不可忽略，另一方面智能化、云计算本身就需要温度、压力等各类参数的测量。目前，现有的产品和技术从单一测量角度来看，基本可以满足绝大多数应用场合。对于同时测量某一个点压力和温度的测量需求，在设计时可以通过增加管路分支的方式分别安装温度传感器和压力传感器。而对于复杂工业环境、军事装备、航空航天航海等领域，或某些已有的但压力测量点十分庞大的场合，原来的设备或系统设计时不需要或没有考虑温度测量功能，现在需要增加温度测量功能时，最简易的方式是通过增加管路分支安装温度传感器，但此方案带来的可靠性影响或者空间布局的限制可能是极具挑战的，甚至是无法接受或实现的。温度压力复合传感器的出现一方面在一定程度上提供了此类问题的一种解决方案，另一方面也提供了一种新的同时测量温度压力的方案。但市场上现有的温度压力复合传感器大多数仅仅是简单机械的将温度压力传感器拼凑在一起，比如有的只是在压力传感器中增加了一个数字温度传感器，只能提供精度十分粗糙的温度测量功能；有的虽然采用了铂电阻或热电偶等性能优良的测温器件，但器件采用贴在压力测量敏感元件上，器件直接与压力测量敏感元件的接触面积很小，测量值与介质实际温度差距较大；有的虽然在传感器内部留孔将温度探头直接插入介质获得了理想的温度测量值，但此类传感器封装困难，通常存在系统泄露风险且体积较大，价格较高的缺点；另外，在一些军工等特殊应用场合，也有使用溅射薄膜工艺在敏感元件上分别溅射用于压力测量的合金薄膜和用于温度测量的热敏薄膜的方式，但这种实现方式的原理与在敏感元件上粘贴铂电阻等热敏感元件的原理相似，且因为需要多次溅射、光刻，不仅一致性、成品率会受到影响，而且造价也很高昂。此外，以上这类温度压力复合传感器的信号处理和信号输出泾渭分明，基本相当于两套信号处理系统，不仅其成本与售价没有太大优势，而且如果希望通过获得的温度测量值来修正压力测量值通常需要引入嵌入式系统、上位机等才能实现。除此之外的一些温度压力复合测量方式(如激光光纤测量压力温度的方式)因为尚缺乏足够的验证，且造价不菲，一般只用于极其特殊的测量场合。相较而言，使用溅射薄膜工艺制造的传感器(主要是压力传感器和测力传感器)的应用已有几十年，在航空航天、航海及各类复杂工业环境中都得到了充足的验证，十分成熟，其优异的稳定性、可靠性、精度、温度性能及批量制造的特性一直使其独树一帜。而使用溅射薄膜工艺制造的温度压力复合传感器因为温度测量方式与原来的压力、力测量方式一致，因此不仅完全继承了溅射薄膜传感器的优势，充分发挥了溅射薄膜工艺的特点，而且在信号处理方面，使用获取的温度测量值修正压力测量值也十分容易。对于解决前文所述的各种问题提供了一种新的、成熟的、更具竞争力的解决方案。对于高性价比的解决拥有庞大温度压力复合监测点的测量场合和需要在不改变原系统接口的情况下增加温度测量功能的场合均具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种溅射薄膜温度压力复合传感器，用于低成本、低功耗，高可靠性，高稳定性，长寿命的解决气体、液体介质的温度、压力测量问题。引入温度测量的同时也可以降低温度对压力测量的影响，实现压力的高精度测量。可为拥有庞大温度压力复合监测点的测量场合和需要在不改变原系统接口的情况下增加温度测量功能的场合提供一种更好的解决方案。本专利技术的溅射薄膜温度压力复合传感器包括接嘴、敏感元件、铜柱、补偿板、金引线、套筒、信号处理电路板、外壳、导线、紧固螺钉、航空插座和插座底座，所述敏感元件上除了通过溅射薄膜工艺加工有四个用于压力测量的薄膜电阻，同时还在压力测量薄膜电阻的外圆周极小形变区加工有两个用于温度测量的薄膜电阻。四个压力测量薄膜电阻通过金引线与补偿板进行转接并组桥，两个温度测量薄膜电阻引出四根金引线通过补偿板一对一转换为导线，并接到信号处理电路板上，并在信号调理电路板上完成组桥和补偿。优选所述外壳设计除有片状散热结构外，还在外壳靠近接嘴焊接处留有微孔。优选在外壳散热结构中央穿线孔内及接近信号调理电路板的位置填充有密封隔热胶，用于敏感元件所在腔体与信号调理电路板所在腔体间的隔热和密封。优选信号调理电路板上的用于温度测量电桥的组桥电阻为温漂低于5ppm的电阻。优选当环境温度变化较大时，在信号处理电路上用铂电阻或铂电阻丝对温度测量电桥进行补偿。优选所测温度值除直接输出外，还用于修正由温度引起的压力测量误差。优选当测量压力值较低时，可利用外壳微孔平衡腔体内外压力或抽真空后再进行封堵。优选通过信号调理电路的处理，传感器采用两线制数字信号输出或三线制模拟电流信号输出或四线制电压模拟信号输出。本专利技术的用于权利要求1-8中任一项所述的温度压力复合传感器的制作方法，其特征在于，包括：步骤一、制作敏感元件，通过现有的溅射薄膜压力传感器生产线生产，在敏感元件的大形变区域加工四个用于压力测量的薄膜电阻，并在压力测量薄膜电阻的外圆周极小形变区加工两个用于温度测量的薄膜电阻；步骤二、将敏感元件与接嘴用激光焊机或电子束焊机焊在一起；步骤三、安装补偿板，使用热压金丝球焊机焊接金引线，完成传感器压力测量部分的补偿和组桥，焊接补偿板上的引出导线；步骤四、将引出导线穿过外壳引线孔与信号处理电路板连接，再将信号处理电路板上的引出导线穿过插座底座的座孔并与航空插座焊接；步骤五、填充密封隔热胶和抽取真空，封堵外壳上的微孔；步骤六、对传感器进行调试及补偿；步骤七、焊接接嘴与外壳，并焊接外壳与插座底座，安装固定航空插座；步骤八、进行出厂调试、检验工作。本专利技术涉及的溅射薄膜温度压力复合传感器的有益效果是：本专利技术提供的①可低成本、低功耗，高可靠性，高稳定性，长寿命的实现单一测点同时测量气体、液体介质温度与压力数据，②在要求不改变原有系统管线结构的基础上在原有压力测点增加温度测量功能等测量监测难题，所采用的技术方案有如下优点和改进。第一，本专利技术主要的特点有如下三点：①温度测量原理是先通过在压力敏感元件上的极小形变区域处利用溅射薄膜工艺制作薄膜电阻，再与冷端的低温漂电阻(安装在信号调理电路板上)组成惠斯登电桥，当温度变化时，由于敏感元件与薄膜电阻材料的热膨胀系数不同，引发薄膜电阻发生形变，阻值改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溅射薄膜温度压力复合传感器，其特征在于：包括接嘴、敏感元件、铜柱、补偿板、金引线、套筒、信号处理电路板、外壳、导线、紧固螺钉、航空插座和插座底座，所述敏感元件上除了通过溅射薄膜工艺加工有四个用于压力测量的薄膜电阻，同时还在压力测量薄膜电阻的外圆周极小形变区加工有两个用于温度测量的薄膜电阻。四个压力测量薄膜电阻通过金引线与补偿板进行转接并组桥，两个温度测量薄膜电阻引出四根金引线通过补偿板一对一转换为导线，并接到信号处理电路板上，并在信号调理电路板上完成组桥和补偿。

【技术特征摘要】
1.一种溅射薄膜温度压力复合传感器，其特征在于：包括接嘴、敏感元件、铜柱、补偿板、金引线、套筒、信号处理电路板、外壳、导线、紧固螺钉、航空插座和插座底座，所述敏感元件上除了通过溅射薄膜工艺加工有四个用于压力测量的薄膜电阻，同时还在压力测量薄膜电阻的外圆周极小形变区加工有两个用于温度测量的薄膜电阻。四个压力测量薄膜电阻通过金引线与补偿板进行转接并组桥，两个温度测量薄膜电阻引出四根金引线通过补偿板一对一转换为导线，并接到信号处理电路板上，并在信号调理电路板上完成组桥和补偿。2.根据权利要求1所述的溅射薄膜温度压力复合传感器，其特征在于：所述外壳设计除有片状散热结构外，还在外壳靠近接嘴焊接处留有微孔。3.根据权利要求1所述的溅射薄膜温度压力复合传感器，其特征在于：在外壳散热结构中央穿线孔内及接近信号调理电路板的位置填充有密封隔热胶，用于敏感元件所在腔体与信号调理电路板所在腔体间的隔热和密封。4.根据权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征在于：信号调理电路板上的用于温度测量电桥的组桥电阻为温漂低于5ppm的电阻。5.根据权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征在于：当环境温度变化较大时，在信号处理电路上用铂电阻或铂电阻丝对温度测量电桥进行补偿。6.根据权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：常文博，左晓军，田忠涛，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11