一种使用横梁和膜片的低压传感器制造技术

一种低压传感器包括圆盘形金属膜片，流体压力作用于该膜片，其中该膜片包含凸起的横梁，横梁通过减薄膜片除横梁外的整个外表面而形成；以及至少一个玻璃状结合于横梁的硅应变计，其中，该低压传感器可精确测量至少低至１５ｐｓｉ的压力。本发明专利技术还包括一种低压传感器的制造方法，包括步骤：形成具有顶面和底面的圆柱形膜片；通过形成轴向穿设传感器本体且终止于膜片底面的孔，来建立相对工作平面的膜片的直径和厚度；形成与工作平面一体的横梁状的凸起表面；以及在膜片的凸起表面粘贴一个或多个应变计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体压力传感器，尤其涉及基于应变计的压力传感器。
技术介绍
基于应变计的压力传感器用于检测压力，例如车辆上的流体压力。这些装置使用 一个与接触压力源的膜片相连的应变计。用非常薄的金属膜片来检测低水平的压力。但是， 由于硅应变计/玻璃状结构与金属的膨胀温度系数不同，这种薄的金属膜片会有不必要的 相互作用，影响了灵敏度和精确度。尤其是在数百华氏(F)温度变化的工作环境下，玻璃状 结合的硅应变计和金属膜片由于材料不同，这种问题尤为突出。不同的膨胀系数在设置有 应变计的金属膜片和应变计之间产生高应力，这样反而导致检测不可靠。特别是在温度或压力循环后，在压力读取中的这些不稳定性降低了精确度。这不 必要地限制金属膜片应用于压力大于约50磅/平方英寸(psi.)的精确压力检测，或者应 用于那些压力小于约50psi.，且精确度要求较低的检测中。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种低压流体传感器包括一流体压力作用于其的圆柱形金属 膜片，该金属膜片的顶面上具有横跨于膜片顶面的凸起金属横梁；至少一个硅应变计玻璃 状结合于凸起金属横梁的顶面，其中，流体压力使膜片偏移，在凸起金属横梁上产生应力， 以及相连的应变计产生一个显示压力的电信号输出。该结构中，相比于没有凸起金属横梁 的平面金属膜片，一体的凸起金属横梁和玻璃状结合于其上的应变计能检测小于数倍的压 力。本专利技术实施例还包括一种压力传感器的制造方法，包括步骤金属传感器本体上 设置具有顶面和底面的圆柱形金属膜片；通过设置轴向穿设传感器本体且终止于膜片底面 的通孔，来在工作平面上设置金属膜片的直径和厚度；在膜片的操作面上设置与金属膜片 一体成型且外形如横梁形状的凸起表面；在金属膜片的凸起面玻璃状结合一个或多个应变 计。附图说明为了更好地理解本专利技术，可结合附图参照下列本专利技术较佳实施例的详细描述，附 图中相同的标号是指相同的部件，附图中图1示出根据 本专利技术一个方面的使用横梁和膜片结构的低压传感器；图2示出根据本专利技术一个方面的图1的俯视图3示出根据本专利技术一个方面的沿图2中A-A线的横截面图；图4示出根据本专利技术一个方面的图3中B部分的详细视图；图5a、5b和5c示出根据本专利技术一个实施例的具有中央凸起的示例性的压力端口 传感器的1/4局部透视图；图6a示出有利于实施本专利技术的示例性的凸设低压端口的传感器的截面图；图6b示出图6a中金属膜片局部更详细的视图；图7是描述本专利技术一个实施例检测得到的应力径向分布结果曲线图具体实施例方式应当理解，本专利技术附图及其实施例简要描述了关系到清楚理解本专利技术的元件，为 了清楚明白，其它一些元件并没有描述，因为这些结构可以在现有的压力传感方法和系统 中找到。由于这些结构在本专利技术所属
是众所周知的，并且它们并不能帮助更好地 理解本专利技术，所以在此处没有描述此类结构。本申请公开是关于所有本专利技术所属领域技术 人员所知的一些变更和改进。本专利技术涉及一种低压金属传感器，其利用玻璃状结合于也被称为横梁的凸起金属 表面的硅应变计，该横梁由金属料制成，与由圆柱形部分制成的金属薄片是一体的，膜片顶 面设有金属横梁的区域与金属膜片顶面整个区域的比例用于放大流体压力在膜片的底面 或背面产生的力。横梁和膜片顶面的一体结构减少了相熔接的应变计与金属膜片之间不必 要的相互作用，至少部分归因于温度膨胀系数的不同，这样的作用却出现在现有技术中。请结合图2参阅图1，显示本专利技术实施例的一种低压金属传感器50，包括金属圆柱 部分，其形成圆形、薄化的金属膜片70。该金属膜片具有直径72、顶面47和与顶面相对的 底面74。一中央孔45沿传感器的本体长度方向轴向延伸并止于膜片的底面74。顶面47 形成传感器50的顶部，且与金属外壳40为一体结构。优选地，该金属膜片由不锈钢制成， 并由不锈钢本体或外壳40的金属材料一体形成。请再次参阅图1，膜片70的凸起金属表面称为横梁60，其从顶面延伸出预定距离 (H)，该预定距离是沿膜片的工作面法线方向，以及具有沿相应轴向上的长度(LB)和宽度 (W)。在一种实施例中，除了横梁60的位置，通过从膜片的顶面去除金属材料，来得到横梁 60的高度、长度和宽度，这样，传感器50的膜片在操作顶面47的原始厚度就减小了(例如 从传统的平直膜片传感器的膜片顶面获得)。横梁60、膜片70和外壳40形成了一个一体 或整块的单元。通过切削加工膜片除了横梁60界定的区域外的顶面，使膜片的厚度变薄，以形成 金属横梁60。横梁60的形成厚度基本上厚于均勻的平直区域80，该平直区域由横梁区域外 的膜片70的顶面47 (和底面74)所界定。一旦横梁60的高度通过切削加工或铣削加工膜 片70的顶面区域80形成后，采用粘合玻璃到金属这种
公知的方法将一个或多个 应变计15玻璃状结合于横梁60的顶面。正如这种玻璃熔接于金属的
所公知的， 这种玻璃熔接技术采用玻璃熔接和丝网印刷、烘烤和焊线粘接工序，提供形成于横梁上、通 常构造成半单臂电桥或全单臂电桥的应变计。 请参阅图3，显示图1中传感器50沿A-A线的轴向横截面图。轴向孔45形成穿设 传感器50中轴的压力端口 20。这使流体压力在该端口内作用于膜片70的底面74。压力使金属膜片70弯曲，从而在横梁60上产生应力。横梁60的弯曲又在应变计15上产生应 力，应变计生成电信号输出，显示流体压力。请参阅图4，显示根据本专利技术的一个实施例的图3中B部分局部详细视图。膜片70 的区域80可薄至约0. 003英寸(in.)。横梁60可薄至0. 007in.，使玻璃状结合的硅应变 计上具有稳定的应变计读数。在一个示例性实施例中，横梁60宽度可以为0. 050in.，并且 可通过在原膜片厚度的顶面上切削0.004in.来获得。膜片厚度减薄和横梁60的结构(例 如高度、宽度和长度)可通过铣削或切削金属膜片的顶面来获得想要的尺寸。例如，本领域 公知技术中，这种金属铣削或切削采用标准的加工工具来实现，或者通过线切割式电弧放 电(EDM)来电弧放电加工。 来自于膜片70的底面74外加压力在横梁60上产生的应力，跟区域80与横梁和 区域80构成的公共区域的比例有关。本专利技术的一个实施例中，应变计15测量超过3倍于 现有技术中由于没有利用凸起横梁而得到的应力水平，也就是说，现有技术中的应变计放 置于区域80的平面上。通过金属横梁60的横截面与金属膜片70的区域80的比例效应来 产生放大作用，使在检测15psi.内的低压更加准确。玻璃状金属硅部分干扰较少，部分归 因于相对薄的金属膜片部件更厚的横梁顶部，同样横梁部件相对较厚(例如2倍或3倍的 厚度)。此外，横梁60很少受到由于应变计和金属膜片70之间的膨胀系数引起的应力所产 生的不稳定性的影响。请参阅图5a、5b和5c，显示根据本专利技术另一个实施例的具有中央凸起的示例性的 压力端口传感器500的1/4局部透视图，该传感器500与图1-4中的相似，但是传感器500 还具有一个中央凸起55。附图相同的标号用于指示相同的部件。如图5a-5c所示，金属横 梁60与膜片70的顶面47是一体的，膜片70包括一个由其延伸入端口 20的中央凸起55， 端口 20由轴向孔45形成。如前述以及本领域公知技术可知，应变计(如图5c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压传感器的制造方法，包括步骤：在金属传感器本体上形成具有顶面和底面的圆柱形金属膜片；通过形成轴向穿设传感器本体且终止于膜片底面的孔，建立金属膜片相对工作平面的直径和厚度；通过从金属膜片的顶面减薄金属膜片的厚度，形成与金属膜片顶面一体的、呈横梁形状的凸起表面；及将一个或多个应变计玻璃状结合于金属膜片的凸起表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯格罗斯，
申请(专利权)人：精量电子美国有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]