采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，包括定、动电极单端悬浮结构体，其技术要点是：定电极为一体式金属定电极，其由盘状金属下结构体和柱状金属上结构体组成，柱状金属上结构体的上端外周利用含金的银铜合金焊料钎焊有蓝宝石环，蓝宝石环的外周与定电极悬浮外壳顶部开设的通孔利用含金的银铜合金焊料钎焊在一起，定电极悬浮外壳和金属定电极分别采用与蓝宝石环的热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制作而成，定电极悬浮外壳和金属定电极表面镀金。解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题，而且真空度的形成和稳定性好，极大的提高了生产效率，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器
本技术涉及一种用于测量微小压力、绝对微小压力的电容压力传感器，特别是一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，尤其适用于有一定腐蚀性的介质的微小压力、绝对微小压力的高可靠性、高精度测量。
技术介绍
众所周知，基于平行板电容原理的电容压力传感器，对于测量微小压力和微小绝对压力，特别是测量有一定腐蚀性的介质，具有绝对优势。由于受到制作材料的影响，现有的产品，通常采用装配式定电极的结构，如图5～图6所示的美国MKS公司的一款有代表性的产品。该具有装配式定电极结构的电容压力传感器，包括带引压口的下夹持环16、动电极17、兼外壳的上夹持环18、定电极95陶瓷绝缘体19、上盖20、金属复合管21、吸气剂室22、玻璃封电极23、锥形弹簧24、碟形压簧25、压簧下垫片26、螺母27、平垫28、三足垫片29、导电螺钉30、测量电极31、测量电极导电螺钉孔32、参考电极33、参考电极导电螺钉孔34、聚酯膜层35。其定电极95陶瓷绝缘体19呈圆片状，在两平行面上，用厚膜电路工艺制作出了厚膜的测量电极31、参考电极33，利用导电螺钉30、平垫28、螺母27，将定电极95陶瓷绝缘体19正面测量电极31与参考电极33分别引到背面各自的欧姆接触膜层上，制作了定电极；用InconelX-750，制作20μm（对于0.1Torr量程的真空规）厚的薄膜动电极17。薄膜动电极17用兼外壳的上夹持环18和带引压口的下夹持环16夹持焊接固支，这两个配件同样是InconelX-750制作。定电极95陶瓷绝缘体19，靠碟形弹簧25、压簧下垫片26、三足垫片29，压封在兼外壳的上夹持环18上。定电极95陶瓷绝缘体19与外壳间留有一定间隙，相对于间隙，定电极95陶瓷绝缘体19不一定是中心对称的。它与薄膜动电极17间留有200μm左右的间隙，留给薄膜动电极17受压形变用。定电极95陶瓷绝缘体19与薄膜动电极17之间垫有4mm左右的InconelX-750叠加区。固定施压碟形弹簧25的上盖20是焊接在兼外壳的上夹持环18上的，上盖20上焊有抽真空用的内铜外不锈钢的金属复合管21，当参考室抽到高真空后，用机械压封此管，实现密封；上盖20上焊有吸气剂室22，室内充以高温激活吸气剂；上盖20上焊有两个玻璃封电极23，玻璃封电极23上分别固定有锥形弹簧24，靠压力接触定电极95陶瓷绝缘体19上的与参考电极33和测量电极31相连接的欧姆接触膜层接触，实现电容的电学导通。但美国MKS公司的这款产品仍存在如下问题：1、电路复杂，麻烦。2、因动电极形变与定电极面形不匹配，使定电极有效面积用于测量电极的部分减少，输出电容变化量小。3、整个传感器必须在恒温下工作才行。4、量程范围窄，使传感器量程范围减少了50%以上。5、制备工艺复杂，生产效率低。6、抽气时间太长，真空度不高。7、真空度相对维持困难，长期稳定性不好，因此，在该产品上设有零点电位器，但必须在高的真空下调零点，然而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，申请了一种“电极单端悬浮的电容压力传感器”，公开号为CN107907263A。如图3～图4所示，其包括下夹持悬浮座1、双面镀贵金属的动电极2、连体屏蔽环3、薄壁刃口焊口4、动电极刃口焊口5、上夹持环6、定电极悬浮外壳7、钎焊口11、蓝宝石绝缘体13、导电膜层14、管式电极15。由于动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的动电极2；定电极绝缘体采用蓝宝石单晶制作的蓝宝石绝缘体13，下夹持悬浮座1、上夹持环6、双面镀贵金属层的动电极2和动电极刃口焊口5，相互结合在一起构成带有刃口薄壁端的动电极单端悬浮结构体；封接有管式电极的蓝宝石绝缘体13、钎焊层11和底部有连体屏蔽环3的定电极悬浮外壳7，相互固定在一起构成带有刃口薄壁端的定电极单端悬浮结构体，定电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端与动电极单端悬浮结构体的带有刃口薄壁端，利用悬浮结构体刃口焊口焊接在一起，同时使上夹持环6顶部及外周壁与定电极悬浮外壳7相对应的内壁之间保持间隙，上夹持环6内周壁与蓝宝石绝缘体13相对应的外周壁之间保持间隙，组成动、定电极单端悬浮的电容压力传感器。其结构简单，设计合理，定电极绝缘体采用蓝宝石绝缘体，由α-Al2O3单晶制作而成，几乎不放气，它与钛、3J53恒弹性合金的膨胀系数十分匹配，用银铜焊料或含金的银铜焊料，高真空下，钎焊到一起，形成膨胀系数匹配的高气密性结构体，保证了操作时抽真空快、放气少、真空度的形成和稳定性好。另外，电极单端悬浮的结构设置保证了传感器温度漂移大幅减小，显著提高测量精度，与同样量程及用途的同类产品相比，完全避免测量介质温度变化及机械冲击对动、定电极的膨胀系数不匹配的影响，解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题。但上述采用了“蓝宝石绝缘体”的电极单端悬浮的电容压力传感器仍有如下不足：1、蓝宝石单晶的生长、加工，比金属困难很多，相对于金属，其材料来源较窄，蓝宝石配件一般要专门研制且一般要到国外定货才行；2、作为定电极整个的蓝宝石绝缘体，材料的造价太高；3、蓝宝石绝缘体需采用专用设备和金刚石刀具加工，甚至还要精密研磨和精密抛光才行，需要采用金刚石粉作为研磨材料，价格高，加工工序也复杂，加工费用太高；4、蓝宝石绝缘体作为定电极绝缘体，形成定电极时需要制作金属化电极（打孔、孔的金属化）、导电膜层、覆盖导电膜层的绝缘膜层，定电极结构复杂、造价高；5、受蓝宝石绝缘体材料造价、加工费用和加工工序影响，整个传感器的生产效率低，生产成本高；6、蓝宝石绝缘体作为定电极绝缘体时，与定电极悬浮外壳的封接直径大，定电极的悬浮度小，受定电极悬浮外壳等外因影响大。本申请是为克服上述不足而提出的。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种结构合理、使用可靠的采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，不仅消除了由于膨胀系数不同造成的温度漂移，解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题，而且真空度的形成和稳定性好，相较于现有的“电极单端悬浮的电容压力传感器”,极大的提高了生产效率，降低了生产成本。本技术的技术方案是：一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，定电极单端悬浮结构体包括定电极悬浮外壳、封接于定电极悬浮外壳顶部的定电极，动电极单端悬浮结构体包括带引压口的下夹持悬浮座、上夹持环、夹持固支于带引压口的下夹持悬浮座和上夹持环之间的动电极，下夹持悬浮座的上表面和上夹持环的下表面分别设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面以及位于抛物凹面外周的环形固支平面，上夹持环上端为不受约束自由端，其技术要点是：所述定电极为一体式金属定电极，其由盘状金属下结构体和柱状金属上结构体组成，所述盘状金属下结构体的下端为不受约束自由端且底面设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面形定电极面，且抛物凹面形定电极面上设有绝缘膜层，所述柱状金属上结构体的上端外周利用含金的银铜合金焊料钎焊有蓝宝石环，所述蓝宝石环的外周与定电极悬浮外壳顶部开设的通孔利用含金的银铜合金焊料钎焊在一起，所述盘状金属下结构体的顶面与定电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，定电极单端悬浮结构体包括定电极悬浮外壳、封接于定电极悬浮外壳顶部的定电极，动电极单端悬浮结构体包括带引压口的下夹持悬浮座、上夹持环、夹持固支于带引压口的下夹持悬浮座和上夹持环之间的动电极，下夹持悬浮座的上表面和上夹持环的下表面分别设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面以及位于抛物凹面外周的环形固支平面，上夹持环上端为不受约束自由端，其特征在于：所述定电极为一体式金属定电极，其由盘状金属下结构体和柱状金属上结构体组成，所述盘状金属下结构体的下端为不受约束自由端且底面设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面形定电极面，且抛物凹面形定电极面上设有绝缘膜层，所述柱状金属上结构体的上端外周利用含金的银铜合金焊料钎焊有蓝宝石环，所述蓝宝石环的外周与定电极悬浮外壳顶部开设的通孔利用含金的银铜合金焊料钎焊在一起，所述盘状金属下结构体的顶面与定电极悬浮外壳的顶部内壁之间留有间隙，所述盘状金属下结构体的外周面与上夹持环的内环面之间留有间隙，所述定电极悬浮外壳和金属定电极分别采用与蓝宝石环的热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制作而成，所述定电极悬浮外壳和金属定电极表面镀金。...

【技术特征摘要】
1.一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，包括利用薄壁刃口相对焊接的定电极单端悬浮结构体和动电极单端悬浮结构体，定电极单端悬浮结构体包括定电极悬浮外壳、封接于定电极悬浮外壳顶部的定电极，动电极单端悬浮结构体包括带引压口的下夹持悬浮座、上夹持环、夹持固支于带引压口的下夹持悬浮座和上夹持环之间的动电极，下夹持悬浮座的上表面和上夹持环的下表面分别设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面以及位于抛物凹面外周的环形固支平面，上夹持环上端为不受约束自由端，其特征在于：所述定电极为一体式金属定电极，其由盘状金属下结构体和柱状金属上结构体组成，所述盘状金属下结构体的下端为不受约束自由端且底面设有与动电极受力形变匹配的抛物凹面形定电极面，且抛物凹面形定电极面上设有绝缘膜层，所述柱状金属上结构体的上端外周利用含金的银铜合金焊料钎焊有蓝宝石环，所述蓝宝石环的外周与定电极悬浮外壳顶部开设的通孔利用含金的银铜合金焊料钎焊在一起，所述盘状金属下结构体的顶面与定电极悬浮外壳的顶部内壁之间留有间隙，所述盘状金属下结构体的外周面与上夹持环的内环面之间留有间隙，所述定电极悬浮外壳和金属定电极分别采用与蓝宝石环的热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制作而成，所述定电极悬浮外壳和金属定电极表面镀金。2.根据权利要求1所述的采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，其特征在于：所述金属定电极的柱状金属上结构体的直径为6mm～20mm。3.根据权利要求1所述的采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坤，张晓丽，段磊，孙晓茜，
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