陶瓷压力传感器及差压传感器制造技术

一种陶瓷压力传感器及差压传感器，其基座和膜片用同种陶瓷材料制作，基座上设通气孔，基座与膜片的对应面分别设表面覆盖无机材料绝缘层的电极，基座和膜片的周边均用无机材料设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封。电极采用金薄膜，其引出线从基座上的金属化小孔或基座侧壁上的金属化沟槽内引出，与位于基座上的专用处理电路连接。蠕变小，反应速度快，温度稳定性好，耐腐蚀，抗干扰和抗过载，精度高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力检测
，特别涉及一种陶瓷压力传感器及差压传感器。现有技术中用于检测压力的传感器，主要有电阻应变片式、硅扩散片式、压电式、电感式、电容式等形式的压力传感器。这些传感器各有利弊，它们的缺点主要有线性差、重复性差，滞后、蠕变严重，反应速度慢，温度稳定性不好，抗冲击。抗过压能力差；或测量范围小或温度和时间稳定性较差，而且体积较大。日前已有几个改进方案，例如，ZL87209178公开了一种耐高温抗振型电容压力传感器，包括一个由75氧化铝陶瓷材料制成的基座和一个由95氧化铝陶瓷材料制成的膜片，基座和膜片分别制备一对银电极，上述基座和膜片之间用云母片隔开并用铅玻璃固定在一起形成一介质腔，构成压力传感器。US4388668公开了一种电容压力传感器，包括由陶瓷材料制成的一个基座和一个膜片，基座和膜片分别制备一个金属电极，上述基座和膜片之间用玻璃隔离层隔开并固定在一起形成一介质腔，构成压力传感器。US4531415公开了一种电容差压传感器，包括由陶瓷材料制成的一个基座和两个膜片，基座两面和膜片的一面分别制备一个金属电极，上述基座和膜片之间用玻璃隔离层隔开并固定在一起形成两个介质腔，构成差压传感器。中国专利申请95103518.5公开了一种电容压力传感器或差压传感器，对上述美国专利进行了改进，在陶瓷基座的电极上覆盖了一层高温玻璃绝缘层防止电极短路。ZL87209178存在如下不足1.基座和膜片的材料热膨胀系数不一致，难以保证传感器封接的可靠性和测量的稳定性2.银电极表面粗糙、难以形成表面平整光滑的电极层，给后工序加工带来难度，容易造成电极短路，且银电极易氧化、不耐腐蚀，难以在其表面覆盖无机绝缘材料。3.用云母片来控制电容间隙有一定工艺难度。中国专利申请95103518.5公开的电容压力传感器，由于系周边支撑圆盘结构单电容，未能解决当大压力时，由于边缘效应，存在的较大的非线性；传感器本身不带处理电路，由于分布电容的影响，难于远距离使用；基座不带排气孔，密封时内部气体和挥发物在高温下难排除，因而封接质量不高。中国专利申请95103518.5公开的电容压力传感器或差压传感器，采用同一种的原始玻璃材料加工绝缘层和其边缘层厚度增加的隔离层，及加热密封的工艺，较难控制。上述压力传感器和压差传感器的改进型另加一层用陶瓷或高温玻璃制备的可磨削加工的绝缘层，并在其上制备隔离层的方法，除增加了介质厚度使传感器电容量变小，增加了加工难度外，其意义不大。本专利技术的目的是提供一种蠕变小，反应速度快，温度稳定性好，耐腐蚀，抗干扰和抗过载，精度高的陶瓷压力传感器及差压传感器。具体技术方案为设计一种陶瓷压力传感器，包括基座、膜片和分别设置在基座及膜片上的电极，其特征在于基座和膜片用同一种陶瓷材料制作，基座上设置通气孔，基座与膜片的对应面上分别设置电极，电极表面覆盖无机材料的绝缘层，陶瓷基座和膜片的周边均用无机材料设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封，电极分别从基座上的金属化小孔或基座侧壁上的金属化沟槽内引出。上述的陶瓷压力传感器，其电极采用导电金薄膜，电极引出线与位于基座上的专用处理电路连接。上述的陶瓷压力传感器，其基座与膜片的组合可以是一个基座和一片膜片的组合，也可以是一个基座和两片膜片的组合。上述的陶瓷压力传感器，其特征在于基座和两片膜片的组合中，基座的中间至少有一个小孔连通两介质腔，其中一个孔与侧面的排气孔连通，基座居中与膜片对应的两平行表面分别设置双电极，膜片与基座对应的面上设置单电极，电极表面覆盖无机材料的绝缘层，陶瓷基座和膜片的周边分别用无机材料各设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封为两个介质腔，构成两组四个电容器，电极引出线与位于基座上的专用处理电路连接。设计一种陶瓷差压传感器，包括基座、膜片和分别设置在基座及膜片上的电极，其特征在于基座和膜片用同一种陶瓷材料制作，在基座中心有多个小孔，其中一个孔与侧面的排气孔连通，居中的基座与膜片对应的两平行表面分别设置单电极，两片膜片与基座对应的面上分别设置单电极，电极表面覆盖无机材料的绝缘层，陶瓷基座和膜片的周边分别用无机材料各设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封为两个介质腔，电极分别从基座侧壁上的金属化沟槽引出。上述的陶瓷差压传感器，其电极引出线与位于基座上的专用处理电路连接。上述的陶瓷差压传感器，其两个介质腔均充填硅油。设计一种陶瓷差压传感器，包括基座、膜片和分别设置在基座及膜片上的电极，其特征在于基座和膜片用同一种陶瓷材料制作，在两个基座中心至少各有一个兼作通气和压力信号输入口的小孔，两个基座与膜片对应的面上设置单电极，居中的一片膜片两面与基座对应的面上分别设置单电极，电极采用导电金薄膜材质，电极表面覆盖无机材料的绝缘层，陶瓷基座和膜片的周边分别用无机材料各设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封为两个介质腔，电极分别用基座侧壁上的金属化沟槽引出。上述的陶瓷差压传感器，其特征在于其电极引出线与位于基座上的专用处理电路连接。上述的陶瓷压差传感器，其特征在于两个介质腔内均充填硅油。本专利技术与现有技术相比，具有1.采用增韧的微晶氧化铝陶瓷制造压力传感器，解决了普通氧化铝陶瓷强度低、表面粗糙，不适合压力传感器加工的问题，由于陶瓷材料韧性的提高，膜片的力学敏感性大为提高，传感器采用非充液干式设计，使传感器的加工精度大大提高，蠕变特性大大改善；2.传感器基座和膜片全部采用同一种陶瓷材料制备，绝缘膜、介质腔凸台、密封材料全部选用与陶瓷体热膨胀系数相近的不同的材料，并采用不同的工艺制造，解决了陶瓷压力传感器的封接质量差、热稳定性不好的问题本专利技术传感器介质腔厚度低于100μm，因而抗冲击、抗过压能力较强；3.采用金薄膜电极，解决了传感器电极易氧化、耐腐蚀性差的问题；4.采用双电容修正和电路修正两级方案，解决了压力传感器由于边缘效应造成的非线性大的问题5.给压力传感器增加一通气口，改善了封接质量；并有加管口的改型设计，使其适合于测量相对压力和某些特定的条件下(例如非腐蚀性气体)测量压差使用；6.压力传感器采用双膜片改型设计，使其适合于测量微压；7.为压力传感器配备了一体化的处理电路，该电路同时具有信号转换、放大、温度补偿、线性修正、零点量程调节等功能。将随压力变化的测量电容与参照电容量的差值信号转变为电压、电流信号后输出，抗干扰能力强、可以远距离传输；8.差压传感器的双膜片设计，可以在高静压下测量压差9.差压传感器的单膜片改型设计，采用非充液干式设计，体积大大缩小、稳定性明显改善。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步阐述附图说明图1是本专利技术一个实施例中所示的一种陶瓷压力传感器的结构示意图；图2是图1中的电极在基座上布置形态举例示意图图3是图1中的电极在膜片上布置形态举例示意图图4是另一个实施例中所示的一种带通气管口的陶瓷压力传感器的结构示意图；图5是图4中的电极在基座上布置形态举例示意图；图6是另一个实施例中所示的一种测量微压的陶瓷压力传感器的结构示意图；图7是另一个实施例中所示的一种双膜片陶瓷差压传感器的结构示意图图8是另一个实施例中所示的一种单膜片陶瓷差压传感器的结构示意图。实施例一图1所示的实施例中陶瓷压力传感器包括一块基座1和一片膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷压力传感器，包括基座、膜片和分别设置在基座及膜片上的电极，其特征在于基座和膜片用同一种陶瓷材料制作，基座上设置通气孔，基座与膜片的对应面上分别设置电极，电极表面覆盖无机材料的绝缘层，陶瓷基座和膜片的周边均用无机材料设置一圈凸台，凸台的对应面中间用封接玻璃层密封，电极分别从基座上的金属化小孔或基座侧壁上的金属化沟槽内引出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李士忠，石汝军，李岩，翟鹏，孙洪方，郭益平，王成礼，郑丽娟，
申请(专利权)人：山东省硅酸盐研究设计院，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]