高温压力温度一体复合传感器制造技术

高温压力温度一体复合传感器，涉及压力温度复合传感器领域。为了解决现有压力温度复合传感器体积大、兼容性差且高温下不能大量程测量压力的问题。本发明专利技术陶瓷环位于圆形大凹槽内，压力敏感芯片位于陶瓷环的环内，波纹膜片覆盖在圆形大凹槽的开口端，波纹膜片与圆形大凹槽之间的空隙处均填充有高温硅油，注油孔通过封堵钢球进行封堵，压环固定在圆形大凹槽的开口处，压力引出线柱位于该端柱引出通孔内，端柱引出通孔内壁为双阶梯结构，压力引出线柱沿其周向开有两个环形槽，温度敏感芯片位于圆形小凹槽内，圆形小凹槽的开口端和端柱引出通孔的末端均通过高温封接胶封堵。本发明专利技术适用于在200℃高温环境下同时测量温度和大量程压力。

A composite sensor with high temperature and pressure temperature

The composite sensor with high temperature and pressure temperature relates to the field of pressure and temperature compound sensor. In order to solve the problem that the existing pressure temperature composite sensor is large in volume, poor in compatibility and can not be measured in a large number of range under high temperature. The ceramic ring is positioned in the circular groove, pressure sensitive chip located in the ceramic ring, a corrugated diaphragm covering the open end of large circular groove, a gap between the corrugated diaphragm and large circular grooves are filled with high temperature silicone oil filling hole through the sealing ball sealing pressure ring is fixed on a large circular groove opening at the pressure in the end lead wire column column leads to the hole, the inner wall of the through hole end column leads to double ladder structure, pressure lead column has two annular grooves along the circumferential direction, the temperature sensitive chip is located in a small circular groove, circular pit groove opening end and end column end leads through holes are through the high temperature sealing glue sealing. The invention is suitable for the simultaneous measurement of temperature and large range of pressure under the high temperature environment of 200 degrees centigrade.

【技术实现步骤摘要】
高温压力温度一体复合传感器
本专利技术属于压力温度复合传感器领域。
技术介绍
现有的压力温度复合传感器主要有两种方式：一种是将各自独立的压力传感器和温度传感器组装在一起，两个传感器间隔距离较远，不能同时感受较小或局部区域的压力信号和温度信号，这种压力传感器和温度传感器分别独立封装且与被测介质隔离，导致整体传感器的体积较大，制造成本较高；另一种是制作压力和温度复合测量的单芯片传感器，将压力传感器和温度传感器制作在同一芯片上，但是由于温度传感器的标准感受膜为铂膜，压力传感器的力敏电阻是刻蚀在单晶硅上，其制作工艺较难且工艺兼容性较差，即使是采用COMS工艺在单晶硅上制作温度传感器，要制作性能良好的单芯片压力温度复合传感器也十分困难。而且，实现高温200℃环境下测量的压力温度传感器基本采用分体方式测量，不能测量100MPa以上大量程压力。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的压力温度复合传感器体积大、兼容性差且高温条件下不能满足大量程压力测量的问题，现提供高温压力温度一体复合传感器。高温压力温度一体复合传感器包括：管座1、压环2、波纹膜片3、压力敏感芯片5、温度敏感芯片7、陶瓷环9、压力引出线柱10和温度引出线柱11；管座1为圆柱形，管座1的顶部开有圆形大凹槽101，陶瓷环9位于该圆形大凹槽101内，压力敏感芯片5位于陶瓷环9的环内，并通过共晶焊6焊接在圆形大凹槽101底部中心，波纹膜片3覆盖在圆形大凹槽101的开口端，波纹膜片3与压力敏感芯片5之间填充有高温硅油8，管座1的侧壁开有注油孔103，高温硅油8通过注油孔103注入，注油孔103通过封堵钢球13进行封堵，压环2固定在圆形大凹槽101的开口处，圆形大凹槽101底部沿管座1的轴向开有端柱引出通孔102，压力引出线柱10位于该端柱引出通孔102内，压力敏感芯片5的输出端通过内引线4与压力引出线柱10的首端相连，压力引出线柱10的末端置于管座1外部，压力引出线柱10与端柱引出通孔102壁之间的空隙内填充有玻璃材料14，所述端柱引出通孔102内壁为双阶梯结构，压力引出线柱10沿其周向开有两个环形槽，管座1的底部开有圆形小凹槽104，温度敏感芯片7位于该圆形小凹槽104内，温度敏感芯片7的输出端通过内引线4与温度引出线柱11的首端相连，温度引出线柱11的末端置于管座1外部，圆形小凹槽104的开口端和端柱引出通孔102的末端均通过高温封接胶12封堵，管座1、压环2、圆形大凹槽101、圆形小凹槽104和陶瓷环9同轴，陶瓷环9的外径等于圆形大凹槽101的内径，压环2的外径等于管座1顶部端面的直径，压环2的内径等于圆形大凹槽101的内径。本专利技术所述的高温压力温度一体复合传感器的优点是：传感器的压力敏感芯片充油封装与温度敏感芯片嵌入封装在同一个管座结构体内，不仅体积小，且耐受200℃高温环境，能够承受200MPa压力的测量。两芯片分别采用高温硅油和高温胶独立保护，同被测介质以传递方式接触，非直接接触，具有很高的稳定性、安全性和可靠性。由于压力敏感芯片和温度敏感芯片在同一管座结构内且距离非常近，可以同时准确测量同一区域内的压力信号和温度信号。传感器的压力敏感芯片和温度敏感芯片的组装工艺简洁，易于装配操作性强，具有适合批量生产的特征。本专利技术与现有压力传感器和温度传感器各自独立组装的复合方式相比，将压力敏感芯片充油封装和温度敏感芯片嵌入封装在一个管座结构体内复合，具有体积小、易于批量生产、更准确测量同一位置压力信号和温度信号的优点。本专利技术与现有制作压力和温度复合测量的单芯片传感器相比，不仅避免了压力敏感芯片和温度敏感芯片不同制作工艺的兼容性问题，而且更能够耐受200℃高温环境，测量同一区域的压力信号和温度信号。同时，解决了200℃高温环境下一体小结构方式测量的压力温度传感器复合问题，并能够承受大压力量程。附图说明图1为高温压力温度一体复合传感器的剖视图；图2为管座的剖视图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1和2具体说明本实施方式，本实施方式所述的高温压力温度一体复合传感器，包括：管座1、压环2、波纹膜片3、压力敏感芯片5、温度敏感芯片7、陶瓷环9、压力引出线柱10和温度引出线柱11；管座1为圆柱形，管座1的顶部开有圆形大凹槽101，陶瓷环9位于该圆形大凹槽101内，压力敏感芯片5位于陶瓷环9的环内，并通过共晶焊6焊接在圆形大凹槽101底部中心，波纹膜片3覆盖在圆形大凹槽101的开口端，波纹膜片3与压力敏感芯片5之间填充有高温硅油8，管座1的侧壁开有注油孔103，高温硅油8通过注油孔103注入，注油孔103通过封堵钢球13进行封堵，压环2固定在圆形大凹槽101的开口处，圆形大凹槽101底部沿管座1的轴向开有端柱引出通孔102，压力引出线柱10位于该端柱引出通孔102内，压力敏感芯片5的输出端通过内引线4与压力引出线柱10的首端相连，压力引出线柱10的末端置于管座1外部，压力引出线柱10与端柱引出通孔102壁之间的空隙内填充有玻璃材料14，所述端柱引出通孔102内壁为双阶梯结构，压力引出线柱10沿其周向开有两个环形槽，管座1的底部开有圆形小凹槽104，温度敏感芯片7位于该圆形小凹槽104内，温度敏感芯片7的输出端通过内引线4与温度引出线柱11的首端相连，温度引出线柱11的末端置于管座1外部，圆形小凹槽104的开口端和端柱引出通孔102的末端均通过高温封接胶12封堵，管座1、压环2、圆形大凹槽101、圆形小凹槽104和陶瓷环9同轴设置，陶瓷环9的外径等于圆形大凹槽101的内径，压环2的外径等于管座1顶部端面的直径，压环2的内径等于圆形大凹槽101的内径。本实施方式中，压力敏感芯片5通过共晶焊6焊接在管座上，再真空充油封装，由波纹膜片3感受压力。温度敏感芯片7嵌入管座芯体底部圆形小凹槽104，通过氩弧焊接引出，并灌胶封装。高温硅油8用于传递压力，其填充方法为：将高温甲基硅油进行脱水脱气处理后，利用真空灌注工艺加注到管座压力腔体内；灌注完成后采用冲压方法或储能焊接方法用封堵钢球13进行侧面封堵，满足大200MPa压力承载，并且封堵钢球13的封堵位置同时承受内外压力，可均匀平衡受力。端柱引出通孔102具有两个环形阶梯，使得端柱引出通孔102具有三组变径孔洞，三组孔洞的直径由上至下依次减小，形成双阶梯结构。该双阶梯结构能够提高玻璃粉烧结效率，并且能够分解200MPa压力下受力分布。压力引出线柱10的两个环形槽采用冲压或滚压加工而成，与端柱引出通孔102内的双阶梯结构用玻璃烧结后熔为一体，能够提高烧结和受力的牢固性；同时在承受200MPa压力时能够有效分解受力。二者通过玻璃烧结进行固定连接，能够保证密封性并耐受200℃高温环境。陶瓷环9用于保护其环内的压力敏感芯片5，尽量少的高温硅油填充，使用陶瓷环占据管座无法加工的无用腔体空间。利用氩弧焊接工艺将波纹膜片3通过压环焊接到管座的充油壳体上，采用真空注油的方法在管座壳体侧面注入耐高温硅油8。本实施方式将压力敏感芯片5和温度敏感芯片7装配在一个管座1上，装配距离接近又相互独立，能够实现200℃高温环境下同时测量压力信号和温度信号的功能。管座和压力引出线柱10采用玻璃烧结，可承受200MPa压力，实现大量程压力测量。由于压力敏感芯片5和温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
高温压力温度一体复合传感器，其特征在于，包括：管座(1)、压环(2)、波纹膜片(3)、压力敏感芯片(5)、温度敏感芯片(7)、陶瓷环(9)、压力引出线柱(10)和温度引出线柱(11)；管座(1)为圆柱形，管座(1)的顶部开有圆形大凹槽(101)，陶瓷环(9)位于该圆形大凹槽(101)内，压力敏感芯片(5)位于陶瓷环(9)的环内，并通过共晶焊(6)焊接在圆形大凹槽(101)底部中心，波纹膜片(3)覆盖在圆形大凹槽(101)的开口端，波纹膜片(3)与压力敏感芯片(5)之间填充有高温硅油(8)，管座(1)的侧壁开有注油孔(103)，高温硅油(8)通过注油孔(103)注入，注油孔(103)通过封堵钢球(13)进行封堵，压环(2)固定在圆形大凹槽(101)的开口处，圆形大凹槽(101)底部沿管座(1)的轴向开有端柱引出通孔(102)，压力引出线柱(10)位于该端柱引出通孔(102)内，压力敏感芯片(5)的输出端通过内引线(4)与压力引出线柱(10)的首端相连，压力引出线柱(10)的末端置于管座(1)外部，压力引出线柱(10)与端柱引出通孔(102)壁之间的空隙内填充有玻璃材料(14)，所述端柱引出通孔(102)内壁为双阶梯结构，压力引出线柱(10)沿其周向开有两个环形槽，管座(1)的底部开有圆形小凹槽(104)，温度敏感芯片(7)位于该圆形小凹槽(104)内，温度敏感芯片(7)的输出端通过内引线(4)与温度引出线柱(11)的首端相连，温度引出线柱(11)的末端置于管座(1)外部，圆形小凹槽(104)的开口端和端柱引出通孔(102)的末端均通过高温封接胶(12)封堵，管座(1)、压环(2)、圆形大凹槽(101)、圆形小凹槽(104)和陶瓷环(9)同轴，陶瓷环(9)的外径等于圆形大凹槽(101)的内径，压环(2)的外径等于管座(1)顶部端面的直径，压环(2)的内径等于圆形大凹槽(101)的内径。...

【技术特征摘要】
1.高温压力温度一体复合传感器，其特征在于，包括：管座(1)、压环(2)、波纹膜片(3)、压力敏感芯片(5)、温度敏感芯片(7)、陶瓷环(9)、压力引出线柱(10)和温度引出线柱(11)；管座(1)为圆柱形，管座(1)的顶部开有圆形大凹槽(101)，陶瓷环(9)位于该圆形大凹槽(101)内，压力敏感芯片(5)位于陶瓷环(9)的环内，并通过共晶焊(6)焊接在圆形大凹槽(101)底部中心，波纹膜片(3)覆盖在圆形大凹槽(101)的开口端，波纹膜片(3)与压力敏感芯片(5)之间填充有高温硅油(8)，管座(1)的侧壁开有注油孔(103)，高温硅油(8)通过注油孔(103)注入，注油孔(103)通过封堵钢球(13)进行封堵，压环(2)固定在圆形大凹槽(101)的开口处，圆形大凹槽(101)底部沿管座(1)的轴向开有端柱引出通孔(102)，压力引出线柱(10)位于该端柱引出通孔(102)内，压力敏感芯片(5)的输出端通过内引线(4)与压力引出线柱(10)的首端相连，压力引出线柱(10)的末端置于管座(1)外部，压力引出线柱(10)与端柱引出通孔(102)壁之间的空隙内填充有玻璃材料(14)，所述端柱引出通孔(102)内壁为双阶梯结构，压力引出线柱(10)沿其周向开有两个环形槽，管座(1)的底部开有圆形小凹槽(104)，温度敏感芯片(7)位于该圆形小凹槽(104)内，温度敏感芯片(7)的输出端通过内引线(4)与温度引出线柱(11)的首端相连，温度引出线柱(11)的末端置于管座(1)外部，圆形小凹槽(104)的开口端和端柱引出通孔(102)的末端均通过高温封接胶(12)封...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿振亚，吴亚林，张鹏，李慕华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十九研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23