波纹形动电极的电容压力传感器制造技术

一种波纹形动电极的电容压力传感器，解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题，包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其技术要点是：外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，将波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，以恒弹性支撑套和支撑座夹持压紧固定，定电极绝缘体表面的波纹形凹槽镀有金属薄膜导电层和绝缘膜层。其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高，有利于膜片的加工和减少扩散性漏气率，与同类产品相比，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。

A capacitive pressure sensor with a corrugated movable electrode

A capacitive pressure sensor with a corrugated movable electrode, which solves the problems of easy attachment of the gas in the ceramic insulation of the existing capacitive pressure sensor, the influence of the vacuum, the parasitic capacitance and the edge effect that affect the stability of the measurement, including the shell, the electrode insulator and the external electrode and the moving electrode assembled in the shell. The main technical points are as follows: the shell is composed of a constant elastic support sleeve matched with a fixed electrode insulator and a supporting seat with a leading pressure mouth. The corrugated movable electrode made of a corrugated elastic diaphragm is pressed and fixed with a constant elastic support sleeve and a supporting seat clip, and the corrugated groove on the surface of the electrode insulator is plated with metal thin. A membrane conductive layer and an insulating film. Its structure design is reasonable, the production process is simple, the production efficiency is high, it is beneficial to the processing of the diaphragm and reducing the diffusion leakage rate. Compared with the similar products, the finished product is corrosion-resistant, the use is reliable, the zero point is not adjusted for a long time, and the stability and measurement accuracy of the measurement can be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
波纹形动电极的电容压力传感器
本技术涉及一种电容压力传感器，特别是一种适用于测量气体介质的微小压力、绝对微小压力的波纹形动电极的电容压力传感器。
技术介绍
由于电容式压力传感器呈小微压力测量优势，所以现有的电容压力传感器种类比较繁多，大约有几百种。最具代表性的是美国MKS公司的626型电容绝对压力传感器（如图3-4所示）。其包括薄膜动电极8、陶瓷绝缘体9、内电极10、导电金属膜层11、绝缘膜层12、定电极外壳13、定位环14、压簧15、吸气剂16、引出电极17、熔融玻璃18、玻璃绝缘子外壳19、上压盖板20、带引压口的支座21、过滤器与阻尼器22等件。因其存在着气体附着，陶瓷放气，动电极太薄产生的扩散性漏气，故它设有吸气剂。但是，吸气剂剂量有限，很快就会失效。因此，该产品上设有零点电位器，必须调零点。MKS公司在规程中规定，每次正式使用时，要在高的真空下。这个真空度是传感器的最小分辨率的压力，达到这样的高真空后，进行调零点，用电路进行临时零点迁移。如绝对0～15Pa的626型电容绝对压力传感器，要在10-4Pa下调零点。否则不能达到标定的精度。这种调零点的操作在应用中非常费时，也太麻烦，甚至有时根本无法实现。本申请人为解决上述问题曾设计出一些新产品，如公开号为CN105910751A的“平行板干式电容压力传感器”、公开号为CN106225962A的“动电极板镀金的电容压力传感器”、公开号为CN106644187A的“蓝宝石绝缘体定电极的电容压力传感器”、公开号为CN106353014A的“带有过渡焊接环的电容压力传感器”、公开号为CN106289592A的“并联电容式电容压力传感器”、公开号为CN106289593A的“立式动电极的电容压力传感器”公开号为CN106225962A的“电极板镀金的电容压力传感器”等专利。虽然在一定程度上克服了上述626型电容绝对压力传感器存在的缺陷，但是，因该传感器的有效电极直径为27mm，绝对压力15Pa的动电极厚度只有20μm，故我们能查到的最小量程是绝对0～15Pa左右，对于大多数真空测量还显得不够小。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种波纹形动电极的电容压力传感器，解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题，其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高，有利于膜片的加工和减少扩散性漏气率，与同类产品相比，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。本技术所采用的技术方案是：该波纹形动电极的电容压力传感器包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其技术要点是：所述外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，定电极绝缘体选择与恒弹性支撑套热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层，在金属薄膜导电层表面覆盖大于金属薄膜导电层直径的绝缘膜层。所述匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套与带引压口的支撑座通过刃口形焊口焊接固定在一起。所述外电极采用管状引出外电极。本技术具有的优点及积极效果是：由于本技术的外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，容易封接成高气密性腔体，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，并且定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，因波纹的引入，相当于折叠的膜片，故在相同外径下扩大了有效的电极面积，受力时相对位移大，能使其移动的压力变小，所以其结构设计合理，制作工艺步骤简单，好制作，生产效率高。另外，与平弹性膜片相比，在相同厚度、位移量下，形变的压力减小到平弹性膜片的1/5左右，使量程向小微方向大幅扩展，其量程可以是同等厚度膜片、同等直径传感器量程的1/5，能使电容变化量提高20%～35%。波纹动电极与平板动电极相比，在同等量程下，可以让膜片厚度增加几倍，有利于膜片的加工和大大减少扩散性漏气。分辨率更高，精度高，制成品耐腐蚀，使用可靠，长时间不用调零点，显著提高测量的稳定性和测量精度。因此，本技术解决了现有电容压力传感器的陶瓷绝缘体内气体容易附着，影响真空度，产生的寄生电容和边缘效应影响测量稳定性等问题。附图说明以下结合附图对本技术作进一步描述。图1是本技术的一种结构示意图；图2是图1的Ⅰ部放大结构示意图；图3是美国MKS公司的626型电容绝对压力传感器的一种结构示意图；图4是图3的Ⅱ部放大结构示意图。图中序号说明：1波纹形动电极、2定电极绝缘体、3金属薄膜导电层、4绝缘膜层、5外电极、6恒弹性支撑套、7支撑座、8薄膜动电极、9陶瓷绝缘体、10内电极、11导电金属膜层、12绝缘膜层、13定电极外壳、14定位环、15压簧、16吸气剂、17引出电极、18熔融玻璃、19玻璃绝缘子外壳、20上压盖板、21带引压口的支座、22过滤器与阻尼器。具体实施方式根据图1～4详细说明本技术的具体结构。该波纹形动电极的电容压力传感器包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体2和外电极5以及动电极等件。其中外壳由匹配熔封有定电极绝缘体2的恒弹性支撑套6和带引压口的支撑座7构成。动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极1，并利用恒弹性支撑套6和支撑座7将波纹形动电极1夹持压紧，把恒弹性支撑套6、支撑座7和波纹形动电极1相互固定连接在一起。匹配熔封有定电极绝缘体2的恒弹性支撑套6与带引压口的支撑座7通过刃口形焊口焊接固定在一起。为了消除焊接产生的应力，可以靠焊口的刃口缓冲。定电极绝缘体2选择与恒弹性支撑套6热膨胀系数匹配熔封于一体的材料。定电极绝缘体2表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极1波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层3，在金属薄膜导电层3表面覆盖大于金属薄膜导电层3直径的绝缘膜层4。本技术是这样实现的：首先制作波纹形动电极1。选用恒弹性合金薄膜（可选3J53、3J1合金或InconelX-750合金，膜片厚度由量程和试验确定），先在膜片的软态下压制波纹；用具有同样波纹的模具夹持，放到真空高温炉（亦可用惰性气体保护高温炉中）进行高温淬火，进行预应力处理。处理过的波纹膜片，刚性好，具有恒弹性，表面呈原有金属光泽。具体是：真空炉加热到膜的材料固溶点固溶二小时以上，关闭抽气系统，关闭发热体，向真空炉内的工件上充经过液氮冷却后的氦气或氩气，效果奇好。普通惰性气体保护炉，当加温到固溶温度，保持二小时，关闭发热体，加大惰性气体流量，以实现尽快冷却膜片的目的。定电极绝缘体2的制作：定电极绝缘体2选择与恒弹性支撑套6热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，可以采用玻璃，恒弹性支撑套6可以是恒弹性合金3J53或3J1，匹配熔封已是成熟工艺；定电极绝缘体2最佳选用材料为人造蓝宝石单晶体。蓝宝石单晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波纹形动电极的电容压力传感器，包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其特征在于：所述外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，定电极绝缘体选择与恒弹性支撑套热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波纹形动电极波纹相匹配的波纹形凹槽，波纹形凹槽的表面镀有直径小于绝缘体直径的金属薄膜导电层，在金属薄膜导电层表面覆盖大于金属薄膜导电层直径的绝缘膜层。

【技术特征摘要】
1.一种波纹形动电极的电容压力传感器，包括外壳，组装在外壳内的定电极绝缘体和外电极以及动电极，其特征在于：所述外壳由匹配熔封有定电极绝缘体的恒弹性支撑套和带引压口的支撑座构成，动电极采用波纹弹性膜片制作的恒弹性的波纹形动电极，并利用恒弹性支撑套和支撑座将波纹形动电极夹持压紧，相互固定连接在一起，定电极绝缘体选择与恒弹性支撑套热膨胀系数匹配熔封于一体的材料，定电极绝缘体表面采用了抛物面包线外的与波...

【专利技术属性】
技术研发人员：段磊，董先柱，孙晓茜，孙英春，
申请(专利权)人：沈阳市传感技术研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁,21