一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器制造技术

一种硅‑蓝宝石单芯体压差传感器，属于传感器制造技术领域，本发明专利技术为解决现有压差传感器不耐高温、固有频率低的问题。包括芯体和柱塞头引压腔结构；芯体包括敏感芯片、感压膜片、上下承压膜片、上下支撑柱和转接环组件；柱塞头引压腔结构包括上盖、连接管、柱塞头接口和下套管；柱塞头引压腔结构密封腔内安装芯体，上盖和连接管内侧密封腔为负压腔，连接管、柱塞头接口和下套管内侧密封腔为正压腔；上承压膜片和下承压膜片分别接收正压腔和负压腔介质压力，将压力信号通过上下支撑柱连接形成的支撑结构传递至感压膜片，感压膜片根据两个压力信号形成的压差信号产生形变，该形变引起敏感芯片电阻阻值变化，作为输出测量值。本发明专利技术用于压力检测。

A silicon sapphire single core differential pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器
本专利技术涉及一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器，属于传感器制造

技术介绍
硅-蓝宝石传感器因其耐高温、抗腐蚀、抗辐照和高可靠性被广泛用于航空、航天、石油、化工等领域，不仅可以用于发动机的压力检测，还可用于各种高温耐热的腔体和表面的压力检测，是高端设备的压力监测及控制系统中的关键基础部件。目前常见的硅-蓝宝石压差传感器均为双芯体集成产品，不仅体积大、对称性差，而且需要通过差分运放电路进行取差运算，不仅增加了成本、增加了尺寸，还大幅降低了可靠性和稳定性。现有技术中仅见的单芯体硅-蓝宝石压差芯体采用的是芯片与金属膜片烧结，膜片侧为正压端，芯片表面为负压端，芯片表面电阻条直接接触被测介质，所以只能用于被测介质为氮气等惰性气体的差压测量。而且芯片表面引线直接接触介质，容易断裂，可靠性低。常见的单芯体压差传感器均为硅芯片制作的腰鼓式充油芯体，由于其材质和结构因素影响，该类传感器通常不耐高温(使用温度在-40℃～120℃之间)且固有频率低(通常为2kHz～3kHz)。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有压差传感器不耐高温、固有频率低的问题，提供了一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器。本专利技术所述一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器，它包括芯体和柱塞头引压腔结构；所述芯体包括敏感芯片、感压膜片、上承压膜片、上支撑柱、转接环组件、下支撑柱和下承压膜片；上承压膜片安装在上支撑柱外侧，下承压膜片安装在下支撑柱外侧，通过上支撑柱和下支撑柱之间的连接，使上承压膜片和下承压膜片组成一个内部为空腔的圆柱体，敏感芯片、感压膜片和转接环组件安装在所述圆柱体的空腔内，敏感芯片与感压膜片烧结为一体，敏感芯片的电极通过导电金属丝连接转接环组件，转接环组件通过导线将电信号引出；所述柱塞头引压腔结构包括上盖、连接管、柱塞头接口和下套管；上盖、连接管、柱塞头接口和下套管从上至下依次连接为一体，内部形成密封腔，密封腔内安装芯体，上盖和连接管内侧的密封腔为负压腔，连接管、柱塞头接口和下套管内侧的密封腔为正压腔；上承压膜片和下承压膜片分别接收正压腔和负压腔的介质压力，将压力信号通过上支撑柱和下支撑柱连接形成的支撑结构传递至感压膜片，感压膜片根据两个压力信号形成的压差信号产生形变，该形变引起敏感芯片电阻阻值的变化，将电阻阻值的变化作为输出的测量值。优选的，所述敏感芯片与感压膜片通过银铜焊料烧结为一体。优选的，所述导电金属丝包括金丝或铝丝。优选的，所述感压膜片上对称开有四个扇形槽，上支撑柱和下支撑柱连接形成的支撑结构能够穿过所述扇形槽，且在所述扇形槽内自由位移。优选的，所述上支撑柱的顶端设有细柱，所述细柱插入上承压膜片中，上支撑柱与上承压膜片通过所述细柱焊接；所述细柱的高度比上承压膜片的厚度大0.5mm。本专利技术的优点：本专利技术提出了一种耐高温、对称性好、固有频率高的压差传感器，其优点在于：1、该传感器能够在高温环境下使用，能够在-60℃～280℃之间稳定工作。2、该传感器具有较高的固有频率特性，固有频率可达到20kHz以上，相比充油式芯体提高了一个数量级。3、采用单一芯体直接感受对称压力，不需要复杂的差分放大电路进行压力减法运算，并保证零点静压影响、满量程静压影响、双向静压影响均在±0.5％范围内。4、该传感器具有较高精度，非线性、重复性、迟滞、准确度均能控制在0.2％以内。附图说明图1是本专利技术所述敏感芯片烧结示意图；图2是本专利技术所述芯体的结构示意图，其中(a)为剖面图，(b)为三维结构图；图3是柱塞头引压腔结构的结构示意图，其中(a)为剖面图，(b)为三维结构图；图4是恒流源补偿电阻网络参考图，其中(a)为用于补偿时零点输出为负值时调节零点，(b)为用于补偿时零点输出为正值时调节零点；图5是感压膜片上扇形槽的结构示意图；图6是焊缝应力槽的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一：下面结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器，它包括芯体和柱塞头引压腔结构；所述芯体包括敏感芯片101、感压膜片103、上承压膜片201、上支撑柱203、转接环组件204、下支撑柱206和下承压膜片207；上承压膜片201安装在上支撑柱203外侧，下承压膜片207安装在下支撑柱206外侧，通过上支撑柱203和下支撑柱206之间的连接，使上承压膜片201和下承压膜片207组成一个内部为空腔的圆柱体，敏感芯片101、感压膜片103和转接环组件204安装在所述圆柱体的空腔内，敏感芯片101与感压膜片103烧结为一体，敏感芯片101的电极通过导电金属丝205连接转接环组件204，转接环组件204通过导线202将电信号引出；所述柱塞头引压腔结构包括上盖301、连接管302、柱塞头接口303和下套管304；上盖301、连接管302、柱塞头接口303和下套管304从上至下依次连接为一体，内部形成密封腔，密封腔内安装芯体，上盖301和连接管302内侧的密封腔为负压腔，连接管302、柱塞头接口303和下套管304内侧的密封腔为正压腔；上承压膜片201和下承压膜片207分别接收正压腔和负压腔的介质压力，将压力信号通过上支撑柱203和下支撑柱206连接形成的支撑结构传递至感压膜片103，感压膜片103根据两个压力信号形成的压差信号产生形变，该形变引起敏感芯片101电阻阻值的变化，将电阻阻值的变化作为输出的测量值。本实施方式中，上盖301、连接管302、柱塞头接口303和下套管304连接形成的一体件结构采用全钛合金制成。上盖301、连接管302、柱塞头接口303和下套管304共同构成了两个密封腔，并引到柱塞头的顶端和侧面。本实施方式中，感压膜片103、下支撑柱206和下承压膜片207采用焊接方式连接。本实施方式中，芯体分别与连接管302和下套管304焊接，下套管304下端与柱塞头接口303焊接，上盖301分别与连接管302和下套管304下沿焊接；芯体与下套管304形成正压腔，由下承压膜片207感压，传感器正压端固有频率可达到6kHz以上；上盖301、连接管302、柱塞头接口303、下套管304与上承压膜片201共同组成了负压腔。进一步的，所述敏感芯片101与感压膜片103通过银铜焊料102烧结为一体。本实施方式中，所述烧结采用真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器，其特征在于，它包括芯体和柱塞头引压腔结构；/n所述芯体包括敏感芯片(101)、感压膜片(103)、上承压膜片(201)、上支撑柱(203)、转接环组件(204)、下支撑柱(206)和下承压膜片(207)；/n上承压膜片(201)安装在上支撑柱(203)外侧，下承压膜片(207)安装在下支撑柱(206)外侧，通过上支撑柱(203)和下支撑柱(206)之间的连接，使上承压膜片(201)和下承压膜片(207)组成一个内部为空腔的圆柱体，敏感芯片(101)、感压膜片(103)和转接环组件(204)安装在所述圆柱体的空腔内，敏感芯片(101)与感压膜片(103)烧结为一体，敏感芯片(101)的电极通过导电金属丝(205)连接转接环组件(204)，转接环组件(204)通过导线(202)将电信号引出；/n所述柱塞头引压腔结构包括上盖(301)、连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)；/n上盖(301)、连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)从上至下依次连接为一体，内部形成密封腔，密封腔内安装芯体，上盖(301)和连接管(302)内侧的密封腔为负压腔，连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)内侧的密封腔为正压腔；/n上承压膜片(201)和下承压膜片(207)分别接收正压腔和负压腔的介质压力，将压力信号通过上支撑柱(203)和下支撑柱(206)连接形成的支撑结构传递至感压膜片(103)，感压膜片(103)根据两个压力信号形成的压差信号产生形变，该形变引起敏感芯片(101)电阻阻值的变化，将电阻阻值的变化作为输出的测量值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种硅-蓝宝石单芯体压差传感器，其特征在于，它包括芯体和柱塞头引压腔结构；
所述芯体包括敏感芯片(101)、感压膜片(103)、上承压膜片(201)、上支撑柱(203)、转接环组件(204)、下支撑柱(206)和下承压膜片(207)；
上承压膜片(201)安装在上支撑柱(203)外侧，下承压膜片(207)安装在下支撑柱(206)外侧，通过上支撑柱(203)和下支撑柱(206)之间的连接，使上承压膜片(201)和下承压膜片(207)组成一个内部为空腔的圆柱体，敏感芯片(101)、感压膜片(103)和转接环组件(204)安装在所述圆柱体的空腔内，敏感芯片(101)与感压膜片(103)烧结为一体，敏感芯片(101)的电极通过导电金属丝(205)连接转接环组件(204)，转接环组件(204)通过导线(202)将电信号引出；
所述柱塞头引压腔结构包括上盖(301)、连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)；
上盖(301)、连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)从上至下依次连接为一体，内部形成密封腔，密封腔内安装芯体，上盖(301)和连接管(302)内侧的密封腔为负压腔，连接管(302)、柱塞头接口(303)和下套管(304)内侧的密封腔为正压腔；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊巍，马明宇，丁文波，谢胜秋，张冬梅，孙凤玲，
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;23