CN111157171A - 一种新型高过载差压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测量仪表技术领域，具体涉及一种新型高过载差压传感器。本发明芯片基座安装在正压基座顶部中心位置的凹槽内，芯片基座内部粘有单晶硅差压芯片；芯片基座上烧结两个充油管，分为正压端充油管和负压端充油管；正压基座和负压基座内部开有油路，中心过载膜片安装在负压基座与正压基座之间，将正压基座和负压基座内的油路分为正压油路和负压油路，正压油路和负压油路的容积相等；通过正压端充油管将正压油路腔充硅油，通过负压端充油管将负压油路腔充硅油，充油完成后，通过氩弧焊接将正压端充油管和负压端充油管堵死密封。本发明保证正压端和负压端油路体积相等，从而达到单晶硅差压芯片精度稳定，提高传感器的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于测量仪表技术领域，具体涉及一种新型高过载差压传感器，尤其涉及一种开斜孔、中心过载膜片硬密封、相等油路的高过载差压传感器。
背景技术
现有的差压传感器包含电容式和单晶硅式，单晶硅式差压传感器存在两端油路体积不相等的问题，当单给正压端或负压端施加压力时，如果两端油路不相等，则相当于给单晶硅芯片施加正压或负压，造成传感器测量误差，传感器温补数据也不理想。当正压端或负压端施加远高于量程的压力时，如果两端油路不相等，也会使得单晶硅芯片受到冲击，从而打坏传感器。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种开斜孔、中心过载膜片硬密封、相等油路的高过载差压传感器。
本发明采用的技术方案：
一种新型高过载差压传感器，包括芯片基座、单晶硅差压芯片、金丝、正压端充油管、负压端充油管、正压基座、正压隔离膜片、负压基座、负压隔离膜片、中心过载膜片、引脚、氟胶圈；芯片基座安装在正压基座顶部中心位置的凹槽内，芯片基座是烧结而成的，内部粘有单晶硅差压芯片，单晶硅差压芯片通过金丝与芯片基座上的引脚连接，从而实现芯片基座的通电、通讯；正压基座上氩弧焊接正压隔离膜片，负压基座上氩弧焊接负压隔离膜片，芯片基座上烧结两个充油管，分为正压端充油管和负压端充油管；正压基座和负压基座内部开有油路，中心过载膜片安装在负压基座与正压基座之间，负压基座与正压基座通过同心挤压，将中心过载膜片与正压基座、负压基座形成硬密封，将正压基座和负压基座内的油路分为正压油路和负压油路，正压油路和负压油路的容积相等；通过正压端充油管将正压油路腔充硅油，通过负压端充油管将负压油路腔充硅油，充油完成后，通过氩弧焊接将正压端充油管和负压端充油管堵死密封。
所述芯片基座上套有氟胶圈，安装在正压基座顶部中心位置的凹槽内部，芯片基座和正压基座在外部连接处氩弧焊接，保证密封性。
所述正压基座内部开有水平的油路A，正压隔离膜片与油路A接触；负压基座内部开有与油路A相对应的水平的油路D，负压隔离膜片与油路D接触。
所述中心过载膜片的两侧分别为正压基座的油路J和负压基座的油路E。
所述正压基座、负压基座在外部连接处氩弧焊接，保证密封性。
所述芯片基座底部开有油路C，油路C通过正压基座内部的油路B与油路A连通，芯片基座内部开有油路H，单晶硅差压芯片将油路C和油路H分隔开，油路C侧为正压油路，油路H侧为负压油路；芯片基座、正压基座、负压基座内部共同形成油路G，油路G与油路H连通；负压基座内开斜孔，形成油路F，油路F一端与油路G连通，一端与油路E连通。
所述正压端充油管的油路通过芯片基座和正压基座底部缝隙与油路C连通，负压端充油管的油路与油路G连通。
所述中心过载膜片通过热处理调整力学性能。
当额定压力施加在正压隔离膜片上，压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片正压端，芯片产生正压信号；当额定压力施加在负压隔离膜片上，压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片负压端，芯片产生负压信号；芯片基座上套有氟胶圈，把正压油路和负压油路在芯片基座上下隔开。
当高过载压力施加在正压隔离膜片上，额定压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片正压端；过载压力通过油路A、油路I、油路J,作用在中心过载膜片上，使得中心过载膜片往负压端发生形变，从而推动硅油通过油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片负压端，使得单晶硅差压芯片的正、负压端的同时作用力；
当高过载压力施加在负压隔离膜片上，额定压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F,油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片负压端；过载压力通过油路D、油路E,作用在中心过载膜片上，使得中心过载膜片往正压端发生形变，从而推动硅油通过油路I、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片正压端，使得单晶硅差压芯片的正、负压端的同时作用力。
所述中心过载膜片在额定压力情况下，不发生形变，在超过额定压力后，变成过载压力下，发生形变。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种新型高过载差压传感器，芯片基座上套有氟胶圈，隔断的正、负压端的油路；
(2)本发明提供一种新型高过载差压传感器，负压基座上开有斜孔，简化油路，使得充油量减少，提高了温漂性能，从而提高了传感器的稳定性；
(3)本发明提供一种新型高过载差压传感器，中心过载膜片选用挤压方式，达到硬密封效果，去除了应力，提高了中心过载膜片的性能；
(4)本发明提供一种新型高过载差压传感器，保证正压端或负压端油路体积相等，单晶硅差压芯片的精度需要正负两端相等的油路来保证，相等油路实际是正压端和负压端油量相等，通过3D建模精密计算单晶硅差压芯片体积、油路体积等，在调整正负两端油路长度，达到油量相等，相等的油量作用在单晶硅差压芯片正负两端，从而达到单晶硅差压芯片精度稳定。
附图说明
图1为本发明提供的一种新型高过载差压传感器结构示意图；
图中：1、芯体基座；2、单晶硅差压芯片；3、金丝；4、正压端充油管；5、负压端充油管；6、正压基座；7、正压隔离膜片；8、负压基座；9、负压隔离膜片；10、中心过载膜片；11、引脚；12、氟胶圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种新型高过载差压传感器作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种新型高过载差压传感器，包括芯片基座1、单晶硅差压芯片2、金丝3、正压端充油管4、负压端充油管5、正压基座6、正压隔离膜片7、负压基座8、负压隔离膜片9、中心过载膜片10、引脚11、氟胶圈12；
芯片基座1是烧结而成的，内部粘有单晶硅差压芯片2，单晶硅差压芯片2通过金丝3与芯片基座1上的引脚11连接，从而实现芯片基座1的通电、通讯；
正压基座6顶部中心位置设有凹槽，芯片基座1上套有氟胶圈12，芯片基座1安装在凹槽内部，芯片基座1和正压基座6在焊接Ⅱ处氩弧焊接，保证密封性；
正压基座6上氩弧焊接正压隔离膜片7，负压基座8上氩弧焊接负压隔离膜片9，正压基座6内部开有水平的油路A，正压隔离膜片7与油路A接触；负压基座8内部开有与油路A相对应的水平的油路D，负压隔离膜片9与油路D接触；
正压基座6的一侧开有油路J，负压基座8的一侧开有油路E，中心过载膜片10安装在油路J和油路E之间，负压基座8与正压基座6通过同心挤压，将中心过载膜片10与正压基座6、负压基座8形成硬密封，正压基座6、负压基座8在焊接Ⅰ处氩弧焊接，保证密封性；
芯片基座1底部开有油路C，油路C通过正压基座6内部的油路B与油路A连通，芯片基座1内部开有油路H，单晶硅差压芯片2将油路C和油路H分隔开，油路C侧为正压油路，油路H侧为负压油路；芯片基座1、正压基座6、负压基座8内部共同形成油路G，油路G与油路H连通；负压基座8内开斜孔，形成油路F，油路F一端与油路G连通，一端与油路E连通；开斜孔主要目的是缩短油路减少油量，在现场应用测量时会遇到被测介质存在高温或低温情况，正负两端的油量越少，油受温度影响的变化越小，对单晶硅差压芯片的影响越低，从而达到单晶硅差压芯片精度稳定。
芯片基座1上烧结两个充油管，分为正压端充油管4和负压端充油管5；正压端充油管4的油路通过芯片基座1和正压基座6底部缝隙与油路C连通，负压端充油管5的油路与油路G连通；
中心过载膜片10可以通过热处理在很大范围内调整力学性能，比如为了获得高的力学强度和抗疲劳性能，可以通过控制相变和沉淀硬化处理来获得使用性能，处理后的中心过载膜片可以耐60000次冲击没有裂纹不会变形。
通过正压端充油管4将正压端油路腔充硅油，通过负压端充油管5将负压端油路腔充硅油，充油完成后，通过氩弧焊接将正压端充油管4和负压端充油管5堵死密封。
芯片基座1、正压端充油管4、负压端充油管5、引脚11的连接采用金属-玻璃封装技术，金属外壳使产品坚固耐用，环境适应性能高，密封性能好。工作温度可达-55-300℃，绝缘电阻≥2000MΩ，耐电压1000V(50Hz)，密封性≤1*10-9Pa.cm3/S，耐压40MPa 1h。
本发明的工作原理为：
当额定压力施加在正压隔离膜片7上，压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片2正压端，芯片产生正压信号；当额定压力施加在负压隔离膜片9上，压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片2负压端，芯片产生负压信号；此时，因为芯片基座1上套有氟胶圈12，就可以把正压油路和负压油路在芯片基座1上下隔开。
当高过载压力施加在正压隔离膜片7上，额定压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片2正压端；过载压力通过油路A、油路I、油路J,作用在中心过载膜片10上，使得中心过载膜片10往负压端发生形变，从而推动硅油通过油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片2负压端，使得单晶硅差压芯片2的正、负压端的同时作用力，达到静压效果，保护了单晶硅差压芯片2不受高压过载损坏。
当高过载压力施加在负压隔离膜片9上，额定压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F,油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片2负压端；过载压力通过油路D、油路E、作用在中心过载膜片10上，使得中心过载膜片10往正压端发生形变，从而推动硅油通过油路I、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片2正压端，使得单晶硅差压芯片2的正、负压端的同时作用力，达到静压效果，保护了单晶硅差压芯片2不受高压过载损坏。
中心过载膜片在额定压力情况下，是不发生形变的，只有在超过额定压力后，变成过载压力下，才会发生形变。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种新型高过载差压传感器，其特征在于：包括芯片基座(1)、单晶硅差压芯片(2)、金丝(3)、正压端充油管(4)、负压端充油管(5)、正压基座(6)、正压隔离膜片(7)、负压基座(8)、负压隔离膜片(9)、中心过载膜片(10)、引脚(11)、氟胶圈(12)；芯片基座(1)安装在正压基座(6)顶部中心位置的凹槽内，芯片基座(1)是烧结而成的，内部粘有单晶硅差压芯片(2)，单晶硅差压芯片(2)通过金丝(3)与芯片基座(1)上的引脚(11)连接，从而实现芯片基座(1)的通电、通讯；正压基座(6)上氩弧焊接正压隔离膜片(7)，负压基座(8)上氩弧焊接负压隔离膜片(9)，芯片基座(1)上烧结两个充油管，分为正压端充油管(4)和负压端充油管(5)；正压基座(6)和负压基座(8)内部开有油路，中心过载膜片(10)安装在负压基座(8)与正压基座(6)之间，负压基座(8)与正压基座(6)通过同心挤压，将中心过载膜片(10)与正压基座(6)、负压基座(8)形成硬密封，将正压基座(6)和负压基座(8)内的油路分为正压油路和负压油路，正压油路和负压油路的容积相等；通过正压端充油管(4)将正压油路腔充硅油，通过负压端充油管(5)将负压油路腔充硅油，充油完成后，通过氩弧焊接将正压端充油管(4)和负压端充油管(5)堵死密封。
2.根据权利要求1所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述芯片基座(1)上套有氟胶圈(12)，安装在正压基座(6)顶部中心位置的凹槽内部，芯片基座(1)和正压基座(6)在外部连接处氩弧焊接，保证密封性。
3.根据权利要求2所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述正压基座(6)内部开有水平的油路A，正压隔离膜片(7)与油路A接触；负压基座(8)内部开有与油路A相对应的水平的油路D，负压隔离膜片(9)与油路D接触。
4.根据权利要求3所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述中心过载膜片(10)的两侧分别为正压基座(6)的油路J和负压基座(8)的油路E。
5.根据权利要求1所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述正压基座(6)、负压基座(8)在外部连接处氩弧焊接，保证密封性。
6.根据权利要求4所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述芯片基座(1)底部开有油路C，油路C通过正压基座(6)内部的油路B与油路A连通，芯片基座(1)内部开有油路H，单晶硅差压芯片(2)将油路C和油路H分隔开，油路C侧为正压油路，油路H侧为负压油路；芯片基座(1)、正压基座(6)、负压基座(8)内部共同形成油路G，油路G与油路H连通；负压基座(8)内开斜孔，形成油路F，油路F一端与油路G连通，一端与油路E连通。
7.根据权利要求6所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述正压端充油管(4)的油路通过芯片基座(1)和正压基座(6)底部缝隙与油路C连通，负压端充油管(5)的油路与油路G连通。
8.根据权利要求4所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述中心过载膜片(10)通过热处理调整力学性能。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：当额定压力施加在正压隔离膜片(7)上，压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片(2)正压端，芯片产生正压信号；当额定压力施加在负压隔离膜片(9)上，压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片(2)负压端，芯片产生负压信号；芯片基座(1)上套有氟胶圈(12)，把正压油路和负压油路在芯片基座(1)上下隔开。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：当高过载压力施加在正压隔离膜片(7)上，额定压力推动硅油通过油路A、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片(2)正压端；过载压力通过油路A、油路I、油路J,作用在中心过载膜片(10)上，使得中心过载膜片(10)往负压端发生形变，从而推动硅油通过油路F、油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片(2)负压端，使得单晶硅差压芯片(2)的正、负压端的同时作用力；
当高过载压力施加在负压隔离膜片(9)上，额定压力推动硅油通过油路D、油路E、油路F,油路G、油路H,作用在单晶硅差压芯片(2)负压端；过载压力通过油路D、油路E,作用在中心过载膜片(10)上，使得中心过载膜片(10)往正压端发生形变，从而推动硅油通过油路I、油路B、油路C,作用在单晶硅差压芯片(2)正压端，使得单晶硅差压芯片(2)的正、负压端的同时作用力。
11.根据权利要求10所述的一种新型高过载差压传感器，其特征在于：所述中心过载膜片(10)在额定压力情况下，不发生形变，在超过额定压力后，变成过载压力下，发生形变。
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