CN112985654A - 压力传感器及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种压力传感器及其装配方法，该压力传感器包括受压机构，测压机构和传压机构，还包括过压保护机构，所述过压保护机构形成有空腔并且在该空腔中设置有隔膜，所述隔膜与所述空腔的腔壁共同形成至少一个位于导压介质传导路径中的缓冲空间，所述隔膜能够在缓冲空间内导压介质的压力达到或高于预设阈值时发生偏移、低于该预设阈值时自动复位。本发明提出的压力传感器，在实现外界过压作用与敏感元件隔离的同时，可精确测量压力、压差和流量，尤其是在压力过载时对传感器芯片进行过载保护，并且在过载保护完成后可以免于二次校验，继续使用。

Description

压力传感器及其装配方法
技术领域
本发明涉及感测装置技术领域，特别是涉及一种压力传感器及其装配方法。
背景技术
压力传感器是能感受压力信号，并能将压力信号转换成电信号的器件或装置。压力传感器是工业实践中常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
长期以来，过压保护能力一直是困扰着压力传感器生产企业的难题。尤其在高精度压力传感器制造领域，用作敏感元件(例如扩散硅)的材质通常耐压能力有限，当***故障造成过压时，很可能会损坏敏感元件，或者造成压力传感器的零点误差过大，更有甚者,压力过载会造成仪表的损坏甚至更大损失。
目前，此类产品通常采用平膜片或者波形过载膜片作为保护元件。虽然在一定程度上解决了压力过载引起敏感元件的损坏问题，但由于缺乏恢复机制，当产品压力过载后，压力传感器不能完全恢复初始状态，引起零点输出偏移的问题，通常还需要进行仪表的二次校验才能再次正常使用。虽然目前的国家标准中，当***故障造成过压后，允许进行产品二次校验，但毕竟使得产品的使用更加繁琐。因此，亟待更好的方案来解决压力传感器产品的抗过载能力不足的问题。
因此，在高精度压力传感器制造领域，尤其在传感器构造上，需要开发一套更加完善的保护装置，即使被测***压力大于敏感元件所能承受的压力，也能有效地保护敏感元件不被损坏也不会引起其他问题，而该装置是否可靠有效，并保证传感器原有的优良性能，是衡量产品优劣的关键。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种压力传感器改进设计，使其在实现过载保护的同时无需二次校验。
一方面，本申请提供一种压力传感器，包括：
至少一个受压机构，所述受压机构用于接受外部的待测压力；
至少一个测压机构，所述测压机构用于感受待测压力并将其转化为电信号；和
至少一个传压机构，所述传压机构用于将受压机构所接受的待测压力通过导压介质传导至测压机构；
其中，所述压力传感器还包括过压保护机构，所述过压保护机构形成有空腔并且在该空腔中设置有隔膜，所述隔膜与所述空腔的腔壁共同形成至少一个位于导压介质传导路径中的缓冲空间，所述隔膜能够在缓冲空间内导压介质的压力达到或高于预设阈值时发生偏移、低于该预设阈值时自动复位。
本发明的基本思想是：在导压介质传导路径中设置缓冲空间，当作用于受压机构的压力超过某一阈值时(按照优选而具体的设计方案，可以直至受压机构所控制的最大压力，对于该“最大压力”，将在下文进一步阐释)，导压介质传导的压力便使隔膜发生变形而偏移，由此引起缓冲空间体积增大，吸收从受压端挤压而来的超量导压介质，故不会致使测压机构的敏感元件(例如扩散硅压敏元件等)发生过大变形而损坏；而当作用于受压机构的压力恢复至正常水平时，亦即缓冲空间内导压介质的压力低于该阈值，则隔膜自动复位，于是导压介质能够重新正常传递压力，压力传感器恢复至初始状态，可以实现其原有功能。在此，过压保护机构空腔的作用是为缓冲空间的设置和其容积变化(或者说隔膜的变形/偏移量)提供必要的结构支持。
与现有技术相比，本发明首次提出了保护元件的“自动复位”机制，从而，在对传感器敏感元件实施有效保护的同时，还能使得传感器免于其过压后重启的繁琐校验工作。关于所述隔膜的自动复位，可采取适当的结构措施予以实现，例如，考虑隔膜的弹性变形特点，提供附加的定位支撑，将隔膜在(多个)关键部位固定保持于零偏移位置，便于其发生偏移之后在过大外力撤除的情况下自行回复至原始状态。例如，针对平面状的膜片元件，可以在(多个)关键部位设置固定措施，除了其边缘区域之外，还可以在中部加设一个或多个支撑点或者支撑面。
按照本发明的一种具体实施方式，所述隔膜为平膜片或波纹膜片(优选波纹膜片)，在其膜片延伸面的边缘区域被固定于所述空腔的腔壁，且在其膜片延伸面的中心区域被定位保持于零偏移位置。隔膜的这种定位支撑方式是特别有利的，由此确保隔膜在过压阶段之后能够快速、准确地自动复位。
进一步，所述压力传感器可包括第一基座和第二基座，所述第一基座和第二基座在彼此相对的内侧分别具有一个凹部，从而在第一基座与第二基座组装的状态下形成所述空腔，两凹部的周面共同构成所述空腔的周向腔壁，两凹部的底面分别构成所述空腔的一个端侧腔壁。
进一步，所述隔膜在其膜片延伸面的边缘区域被夹持在第一基座和第二基座之间并由此固定于所述空腔的所述周向腔壁，所述隔膜在其膜片延伸面的中心区域通过从至少一个所述端侧腔壁向所述空腔内部突出的支撑台得以定位。
所述支撑台可以一体构造于所述第二基座的凹部底面。
在此，所述隔膜将所述空腔分隔为位于第一基座一侧的第一腔室和位于第二基座一侧的第二腔室。
按照一种优选而具体的设计方案，所述受压机构包括设置于第一基座外侧的第一受压膜片，在该第一受压膜片与所述第一基座之间形成第一受压腔；所述测压机构包括安装于第二基座中的压敏元件；所述传压机构配置有从第一受压腔通往第一腔室以及从第一腔室通往压敏元件的第一导压介质传导路径，所述第一腔室构成位于该第一导压介质传导路径中的第一缓冲空间。
进一步，所述第一导压介质传导路径的从第一受压腔通往第一腔室的区段由设置在第一基座内的第一管道构成，所述第一导压介质传导路径的从第一腔室通往压敏元件的区段由设置在第二基座内的第二管道构成。
有利的是，所述支撑台构造为从所述第二基座的凹部底面突出的二阶凸台，该二阶凸台具有顶部和肩部，所述顶部伸入所述第一腔室并且制有连通至所述第二管道的孔口，所述肩部形成用于定位所述隔膜中心区域的支撑平面。
有利的是，所述隔膜为具有中心孔的波纹膜片，该波纹膜片通过所述中心孔嵌装于所述二阶凸台的顶部并在中心孔边缘区密封地固定到所述支撑平面上。
按照本发明的一种具体实施方式，所述受压机构还包括设置于第二基座外侧的第二受压膜片，在该第二受压膜片与所述第二基座之间形成第二受压腔；所述传压机构配置有从第二受压腔通往第二腔室以及从第二腔室通往压敏元件的第二导压介质传导路径，所述第二腔室构成位于该第二导压介质传导路径中的第二缓冲空间。以此方式，可以构造一种适用的差压式压力传感器。
对此，进一步地，第二导压介质传导路径的从第二受压腔通往第二腔室的区段以及从第二腔室通往压敏元件的区段分别由设置在第二基座内的第三管道和第四管道构成。
另一方面，本申请还提供一种压力传感器的装配方法，包括如下步骤：
a.将第一受压膜片和第一基座固定在一起，将第二受压膜片和第二基座固定在一起；
b.在隔膜的一侧，将隔膜在其边缘区域固定到第二基座的相应位置，并在其中心区域固定到第二基座上支撑台的相应位置；
c.在隔膜的另一侧，将第一基座与第二基座连同隔膜固定在一起；
d.将包含压敏元件的测压机构组件与第二基座固定在一起；
e.充灌导压介质。
在步骤a-d中，可以采用焊接或粘接方式实现各部件的固定。
在步骤e中，可以采用硅油作为所述导压介质，将第一导压介质传导路径的各个区段包括第一受压腔、第一缓冲空间充满硅油，和/或，将第二导压介质传导路径的各个区段包括第二受压腔、第二缓冲空间充满硅油。
综上所述，本发明提出的压力传感器，在实现外界过高压力作用与敏感元件有效隔离的同时，可精确测量压力、压差和流量，尤其是在压力过载时对传感器芯片进行过载保护，并且在过载保护完成后可以免于二次校验，继续使用，从而大大提高了压力传感器产品的可靠性、便利性以及稳定性。
附图说明
在附图中示出了本发明的一些示例性实施例。本文所公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。另外值得注意的是，为了图示清楚起见，在附图中对于部分结构细节并不是按照实际比例绘制的。
图1是本发明的压力传感器的结构示意图；
图2是本发明的压力传感器的P1侧工作示意图；
图3是本发明的压力传感器的P2侧工作示意图。
具体实施方式
下文的描述用于阐释本发明的技术方案，以便本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明精神和范围的其他技术方案。同时，值得注意的是，文中结合某一实施例描述的特征、结构或特性并不一定限于该特定的实施方式，也不表示与其他实施方式互斥，在本领域技术人员的能力范围内，可以考虑实现不同实施例中各个特征的不同组合方式。
在说明书和权利要求书中的措辞“第一”、“第二”等等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”/“包含”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备并不局限于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系而言的，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不意味着相应的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。另外，术语“一”应理解为“至少一个”或者“一个或多个”，即在某一实施例中，某一元件的数量可以为一个，而在另一实施例中，该元件的数量可以为多个，也就是说，术语“一”不能理解为对数量的限制。
除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)，均具有与本领域普通技术人员通常理解相同的含义，并可依据它们在相关技术描述上下文中的语境作具体解释。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明旨在提供一种压力传感器改进设计，使其在实现过载保护的同时无需二次校验。
具体而言，本申请提供了一种压力传感器，其包括：至少一个受压机构，所述受压机构用于接受外部的待测压力；至少一个测压机构，所述测压机构5用于感受待测压力并将其转化为电信号；和至少一个传压机构，所述传压机构用于将受压机构所接受的待测压力通过导压介质4传导至测压机构5。按照本发明，所述压力传感器还包括过压保护机构，所述过压保护机构形成有空腔并且在该空腔中设置有隔膜(优选为波纹膜片3)，所述隔膜与所述空腔的腔壁共同形成至少一个位于导压介质传导路径中的缓冲空间，所述隔膜能够在缓冲空间内导压介质的压力达到或高于预设阈值时发生偏移、低于该预设阈值时自动复位。
本发明的基本思想是：在导压介质传导路径中设置缓冲空间，当作用于受压机构的压力超过某一阈值(直至受压机构所控制的最大压力，对于该“最大压力”，将在下文进一步阐释)时，导压介质传导的压力便使隔膜发生变形而偏移，由此引起缓冲空间体积增大，吸收从受压端挤压而来的超量导压介质，故不会致使测压机构5的敏感元件(例如扩散硅压敏元件等)发生过大变形而损坏；而当作用于受压机构的压力恢复至正常水平时，亦即缓冲空间内导压介质的压力低于该阈值，则隔膜自动复位，于是导压介质能够重新正常传递压力，压力传感器恢复至初始状态，可以实现其原有功能。在此，过压保护机构空腔的作用是为缓冲空间的设置和其容积变化(或者说隔膜的变形/偏移量)提供必要的结构支持。
按照本发明的一种具体实施方式，所述隔膜为平膜片或波纹膜片3(优选采用波纹膜片)，在其膜片延伸面的边缘区域被固定于所述空腔的腔壁，且在其膜片延伸面的中心区域被定位保持于零偏移位置。隔膜的这种定位支撑方式是特别有利的，由此确保隔膜在过压阶段之后能够快速、准确地自动复位。
在此，如图1所示，所述压力传感器包括第一基座2和第二基座6，所述第一基座2和第二基座6在彼此相对的内侧分别具有一个凹部，从而在第一基座2与第二基座6组装的状态下形成所述空腔，两凹部的周面共同构成所述空腔的周向腔壁，两凹部的底面分别构成所述空腔的一个端侧腔壁。
如图所示，所述隔膜在其膜片延伸面的边缘区域被夹持在第一基座2和第二基座6之间并由此固定于所述空腔的所述周向腔壁，所述隔膜在其膜片延伸面的中心区域通过从至少一个所述端侧腔壁向所述空腔内部突出的支撑台得以定位。
具体地，所述支撑台一体可以构造于所述第二基座6的凹部底面。
如图所示，所述隔膜将所述空腔分隔为位于第一基座2一侧的第一腔室和位于第二基座6一侧的第二腔室。
如图所示，所述受压机构包括设置于第一基座2外侧的第一受压膜片1，在该第一受压膜片与所述第一基座2之间形成第一受压腔；所述测压机构5包括安装于第二基座6中的压敏元件；所述传压机构配置有从第一受压腔通往第一腔室以及从第一腔室通往压敏元件的第一导压介质传导路径，所述第一腔室构成位于该第一导压介质传导路径中的第一缓冲空间。
在此，所述第一导压介质传导路径的从第一受压腔通往第一腔室的区段由设置在第一基座2内的第一管道14构成，所述第一导压介质传导路径的从第一腔室通往压敏元件的区段由设置在第二基座6内的第二管道15构成。
特别适宜的是，所述支撑台构造为从所述第二基座6的凹部底面突出的二阶凸台，该二阶凸台具有顶部和肩部，所述顶部伸入所述第一腔室并且制有连通至所述第二管道15的孔口，所述肩部形成用于定位所述隔膜中心区域的支撑平面8。
所述隔膜可以为具有中心孔的波纹膜片3，该波纹膜片3通过所述中心孔嵌装于所述二阶凸台的顶部并在中心孔边缘区密封地固定到所述支撑平面8上。
按照本发明的一种具体实施方式，如图所示，所述受压机构还包括设置于第二基座6外侧的第二受压膜片7，在该第二受压膜片与所述第二基座6之间形成第二受压腔；所述传压机构配置有从第二受压腔通往第二腔室以及从第二腔室通往压敏元件的第二导压介质传导路径，所述第二腔室构成位于该第二导压介质传导路径中的第二缓冲空间。
在此，所述第二导压介质传导路径的从第二受压腔通往第二腔室的区段以及从第二腔室通往压敏元件的区段分别由设置在第二基座6内的第三管道23和第四管道24构成。
另一方面，本申请还提供一种压力传感器的装配方法，包括如下步骤：
a.将第一受压膜片1和第一基座2固定在一起，将第二受压膜片7和第二基座6固定在一起；
b.在隔膜的一侧，将隔膜在其边缘区域固定到第二基座6的相应位置，并在其中心区域固定到第二基座6上支撑台的相应位置；
c.在隔膜的另一侧，将第一基座2与第二基座6连同隔膜固定在一起；
d.将包含压敏元件的测压机构组件(例如相应的电子/电气元件等)与第二基座6固定在一起；
e.充灌导压介质。
优选的是，在步骤a-d中，采用焊接或粘接方式实现各部件的固定。
优选的是，在步骤e中，采用硅油作为所述导压介质，将第一导压介质传导路径的各个区段包括第一受压腔、第一缓冲空间充满硅油，和/或，将第二导压介质传导路径的各个区段包括第二受压腔、第二缓冲空间充满硅油。
关于前述“受压机构所控制的最大压力”，通常是指受压膜片从初始状态至完全贴合基座时所承受的最大压力，此时，即便外界压力进一步增大，也不会有更高压力向内部传导，也就是说，压力传感器不再能够继续执行测压功能，该最大压力主要取决于受压膜片的弹性特性和受压腔的容积大小。因此，在设计压力传感器时，可以基于工作条件或要求，根据压敏元件(如硅压阻芯片)的性能，对受压膜片的弹性特性、受压腔的容积、过载隔膜(例如上述波纹膜片3)的弹性特性以及缓冲空间的容积(变化)进行匹配设计，从而能够保证压力传感器在设定条件下正常工作，且实现可靠的过载保护，特别是不会因过大的压力对压敏元件造成损坏。对此，可以理解，缓冲空间因隔膜变形/偏移所能达到的最大容积增量应当设计为不小于受压腔的容积。
关于本发明压力传感器的工作原理，在此结合附图说明如下：
图2中突出地表示在P1侧进行测压时压力的接受、传导和感测路径(以黑色填充)：第一受压膜片1在待测压力作用下趋于向第一基座2内凹陷，使得第一受压腔11内的硅油推动第一管道14内的硅油向第一缓冲空间11流动，第一缓冲空间内的硅油受到挤压，经过二阶凸台顶表面的通孔向第二管道15内流动，第二管道15内的硅油最终在第一测压腔13内直接接触到测压机构5中的压敏元件(硅压阻式传感器芯片)，从而被压敏元件的第一检测区便感知到具体压力，继而再作进一步信号处理。也就是说，压力沿着第一导压介质传导路径从第一受压腔11、第一管道14、第一缓冲空间12、第二管道15传导至第一测压腔13，最终到达压敏元件的第一检测区；
图3中突出地表示在P2侧进行测压时压力的接受、传导和感测路径(以黑色填充)：第二受压膜片7在待测压力作用下趋于向第二基座6内凹陷，使得第二受压腔22内的硅油推动第三管道23内的硅油向第二缓冲空间21流动，第二缓冲空间内的硅油受到挤压，经过第四管道24，最终到达设置于第四管道24端口的压敏元件(硅压阻式传感器芯片)的第二检测区，从而被感知到具体压力，继而再作进一步信号处理。也就是说，压力沿着第二导压介质传导路径从第二受压腔22、第三管道23，第二缓冲空间21、第四管道24传导至压敏元件(硅压阻式传感器芯片)的第二检测区。
在该压力传感器中，待测压力转变为第一受压膜片1/第二受压膜片7的形变并由传导介质传送给压敏元件(硅压阻式传感器芯片)，这样不仅能较好完成测量压力的功能，而且由于使用第一受压膜片1/第二受压膜片7将外界与压敏元件隔离开，可以防止压敏元件受到外部的损害和污染；当压力过载时，导压介质传导的压力便使隔膜发生变形而偏移，由此引起缓冲空间体积增大，吸收从受压端挤压而来的超量导压介质，故不会致使测压机构5的压敏元件发生过大变形而损坏，从而对压敏元件形成有效保护。
压力传感器的测压机构5包含压敏元件，所述压敏元件可进一步设置为硅压敏元件，尤其是基于惠斯顿电桥原理的硅压阻元件，例如扩散硅和单晶硅两种硅压力芯片。当压力作用于芯片感压面时，感压面上布置的由PN结形成的电阻，会发生成对的变大和变小，形成差模输出电压，该电压即为此传感器的输出信号，该信号与激励电压及激励压力成正比。
基于上述压力传感器的测压原理，本发明所设计的压力传感器可广泛运用在工业自动化控制领域中进行压力、差压和流量测量，是压力、差压、流量变送器的重要部件，其中流量测量可通过对差压测量的换算得到。
本发明提出的压力传感器，在实现外界过高压力作用与敏感元件有效隔离的同时，可精确测量压力、压差和流量，尤其是在压力过载时对传感器芯片进行过载保护，并且在过载保护完成后可以免于二次校验，继续使用，从而大大提高了压力传感器产品的可靠性、便利性以及稳定性。
应用示例一
本发明的压力传感器可用于测量压差，即可实际应用为差压式压力传感器，测量如图1中的P1侧(可设定为高压侧)和P2侧(可设定为低压侧)的压差。
由第一缓冲空间12、第一受压腔11、第一测压腔13、第一管道14、第二管道15共同组成密闭导压***，其中充满导压介质4，如硅油(参见图2)；由第二缓冲空间21、第二受压腔22、第三管道23、第四管道24共同组成密闭导压***，其中充满导压介质4，如硅油(参见图3)。
在此，测压机构5的主要部件为敏感元件(硅压阻式传感器芯片)；第一受压膜片1和第二受压膜片7均可选用弹性膜片，以保证精确采集压力，尽可能减少压力损失。
具体工作原理如下：
当测量P1侧的压力时，压力从外部挤压第一受压腔11，如图2所示，第一受压膜片1趋于向第一基座2内凹陷，使得第一受压腔11内的硅油推动第一管道14内的硅油向第一缓冲空间12流动，第一缓冲空间12内的硅油受到挤压，经过二阶凸台顶表面的通孔向第二管道15内流动，第二管道15内的硅油最终在第一测压腔内直接接触到测压机构5中的敏感元件，从而被敏感元件的第一检测区感知到具体压力，继而再作进一步信号处理。在此，P1侧压力沿着第一导压介质传导路径从第一受压腔11、第一管道14、第一缓冲空间12、第二管道15传导至第一测压腔13，最终到达敏感元件的第一检测区；
当测量P2侧的压力时，压力从外部挤压第二受压腔22，如图3所示，第二受压膜片7趋于向第二基座6内凹陷，使得第二受压腔22内的硅油推动第三管道23内的硅油向第二缓冲空间21流动，第二缓冲空间21内的硅油受到挤压，经过第四管道24，最终到达设置于第四管道24端口的敏感元件的第二检测区，从而被感知到具体压力，继而再作进一步信号处理。在此，P2侧压力沿着第二导压介质传导路径从第二受压腔22、第三管道23、第二缓冲空间21、第四管道24传导至敏感元件的第二检测区。
敏感元件将检测到P1侧和P2侧的压差转化为电信号，再进一步做差模运算，最终输出精确的差模电信号。
当P1侧和P2侧确实存在较大压差时，由于波纹膜片3与第二基座6的支撑平面8焊接在一起，可以保证波纹膜片3变形后尽快恢复原位，即尽快恢复压力传感器的初始稳定状态，从而不会引起下次使用时的零点输出漂移问题，不用对压力传感器进行二次校验即可继续使用。
与现有技术相比，按照本发明的压力传感器产品具有测量精度高(0.05％FS)、稳定性好、过载能力强(最大42Mpa)等优点，且可以满足承受过载后产品精度不受影响等苛刻要求。
应用示例二
本发明的压力传感器可用于测量处于大气压力环境下的介质的压力，例如利用P1侧对该介质进行测压。
由第一缓冲空间12，第一受压腔11，第一测压腔13，第一管道14，第二管道15共同组成密闭导压***，其中充满硅油(参见图2)；由第二缓冲空间21，第二受压腔22，第三管道23，第四管道24共同组成密闭导压***，其中充满硅油(参见图3)。
在此，测压机构5的主要部件为敏感元件(硅压阻式传感器芯片)；第一受压膜片1和第二受压膜片7均可选用弹性膜片，以保证精确采集压力，尽可能减少压力的损失。
具体工作原理如下：
当测量P1侧的压力时，压力从外部挤压第一受压腔11，如图2所示，第一受压膜片1趋于向第一基座2内凹陷，使得第一受压腔11内的硅油推动第一管道14内的硅油向第一缓冲空间12流动，第一缓冲空间12内的硅油受到挤压，经过二阶凸台顶表面的通孔向第二管道15内流动，第二管道15内的硅油最终在第一测压腔内直接接触到测压机构5中的敏感元件(硅压阻式传感器芯片)，从而被敏感元件的第一检测区感知到具体压力，继而再作进一步信号处理。在此，P1侧压力沿着导压介质传导路径从第一受压腔11、第一管道14、第一缓冲空间12、第二管道15传送至第一测压腔13，最终到达敏感元件的第一检测区；
将该压力传感器放置于大气环境中时，P2侧直接与大气接触，因而便是以大气压作为对P1侧测量的比较基准。敏感元件将检测到P1侧的压力转化为电信号，并将其输出。
当然，在测量处于大气压力环境下的介质的压力时，也可以将P1侧置于大气环境之中，而利用P2侧对该介质进行测压，其原理与上述情形相同，在此不再赘述。
与现有技术相比，按照本发明的压力传感器产品具有测量精度高(0.05％FS)、稳定性好、过载能力强(最大42Mpa)等优点，且可以满足承受过载后产品精度不受影响等苛刻要求。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (15)

1.一种压力传感器，包括：
至少一个受压机构，所述受压机构用于接受外部的待测压力；
至少一个测压机构，所述测压机构用于感受待测压力并将其转化为电信号；和
至少一个传压机构，所述传压机构用于将受压机构所接受的待测压力通过导压介质传导至测压机构；
其特征在于，所述压力传感器还包括过压保护机构，所述过压保护机构形成有空腔并且在该空腔中设置有隔膜，所述隔膜与所述空腔的腔壁共同形成至少一个位于导压介质传导路径中的缓冲空间，所述隔膜能够在缓冲空间内导压介质的压力达到或高于预设阈值时发生偏移、低于该预设阈值时自动复位。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述隔膜为平膜片或波纹膜片(3)，在其膜片延伸面的边缘区域被固定于所述空腔的腔壁，且在其膜片延伸面的中心区域被定位保持于零偏移位置。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括第一基座和第二基座(6)，所述第一基座和第二基座在彼此相对的内侧分别具有一个凹部，从而在第一基座与第二基座组装的状态下形成所述空腔，两凹部的周面共同构成所述空腔的周向腔壁，两凹部的底面分别构成所述空腔的一个端侧腔壁。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述隔膜在其膜片延伸面的边缘区域被夹持在第一基座(2)和第二基座(6)之间并由此固定于所述空腔的所述周向腔壁，所述隔膜在其膜片延伸面的中心区域通过从至少一个所述端侧腔壁向所述空腔内部突出的支撑台得以定位。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑台一体构造于所述第二基座(6)的凹部底面。
6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述隔膜将所述空腔分隔为位于第一基座一侧的第一腔室和位于第二基座(6)一侧的第二腔室。
7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述受压机构包括设置于第一基座(2)外侧的第一受压膜片(1)，在该第一受压膜片与所述第一基座之间形成第一受压腔；所述测压机构(5)包括安装于第二基座(6)中的压敏元件；所述传压机构配置有从第一受压腔通往第一腔室以及从第一腔室通往压敏元件的第一导压介质传导路径，所述第一腔室构成位于该第一导压介质传导路径中的第一缓冲空间(11)。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述第一导压介质传导路径的从第一受压腔通往第一腔室的区段由设置在第一基座(2)内的第一管道(14)构成，所述第一导压介质传导路径的从第一腔室通往压敏元件的区段由设置在第二基座(6)内的第二管道(15)构成。
9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑台构造为从所述第二基座(6)的凹部底面突出的二阶凸台，该二阶凸台具有顶部和肩部，所述顶部伸入所述第一腔室并且制有连通至所述第二管道(15)的孔口，所述肩部形成用于定位所述隔膜中心区域的支撑平面(8)。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，所述隔膜为具有中心孔的波纹膜片(3)，该波纹膜片通过所述中心孔嵌装于所述二阶凸台的顶部并在中心孔边缘区密封地固定到所述支撑平面(8)上。
11.根据权利要求7至10之任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述受压机构还包括设置于第二基座(6)外侧的第二受压膜片(7)，在该第二受压膜片与所述第二基座之间形成第二受压腔；所述传压机构配置有从第二受压腔通往第二腔室以及从第二腔室通往压敏元件的第二导压介质传导路径，所述第二腔室构成位于该第二导压介质传导路径中的第二缓冲空间(21)。
12.根据权利要求11所述的压力传感器，其特征在于，所述第二导压介质传导路径的从第二受压腔通往第二腔室的区段以及从第二腔室通往压敏元件的区段分别由设置在第二基座(6)内的第三管道(23)和第四管道(24)构成。
13.一种根据权利要求12所述的压力传感器的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将第一受压膜片(1)和第一基座(2)固定在一起，将第二受压膜片(7)和第二基座(6)固定在一起；
b.在隔膜的一侧，将隔膜在其边缘区域固定到第二基座(6)的相应位置，并在其中心区域固定到第二基座上支撑台的相应位置；
c.在隔膜的另一侧，将第一基座与第二基座(6)连同隔膜固定在一起；
d.将包含压敏元件的测压机构组件与第二基座(6)固定在一起；
e.充灌导压介质。
14.根据权利要求13所述的装配方法，其特征在于，在步骤a-d中，采用焊接或粘接方式实现各部件的固定。
15.根据权利要求13所述的装配方法，其特征在于，在步骤e中，采用硅油作为所述导压介质，将第一导压介质传导路径的各个区段包括第一受压腔、第一缓冲空间充满硅油，和/或，将第二导压介质传导路径的各个区段包括第二受压腔、第二缓冲空间充满硅油。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113697762A (zh) * 2021-08-25 2021-11-26 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种隔离封装结构差压谐振压力敏感芯片探头及封装方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62238432A (ja) * 1986-04-10 1987-10-19 Yokogawa Electric Corp 差圧伝送器
JPH04203684A (ja) * 1990-11-30 1992-07-24 Osaka Gas Co Ltd ガス流出防止弁
CN1100198A (zh) * 1993-09-10 1995-03-15 横河电机株式会社 半导体式差压测量装置及其制造方法
JPH0862077A (ja) * 1994-08-23 1996-03-08 Hitachi Ltd 圧力センサ
JP2004028704A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd 差圧測定装置
CN200944070Y (zh) * 2006-07-28 2007-09-05 上海威尔泰工业自动化股份有限公司 单向压力过载保护差压传感器
CN203216662U (zh) * 2013-03-20 2013-09-25 福建上润精密仪器有限公司 一种新型的压力/差压变送器耐高过载压力装置
CN205958170U (zh) * 2016-08-05 2017-02-15 重庆九天测控仪器制造有限公司 一种差压膜盒
CN106489070A (zh) * 2014-07-08 2017-03-08 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 差压测量单元
CN110006583A (zh) * 2019-04-08 2019-07-12 黄松 一种差压变送器过载保护装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62238432A (ja) * 1986-04-10 1987-10-19 Yokogawa Electric Corp 差圧伝送器
JPH04203684A (ja) * 1990-11-30 1992-07-24 Osaka Gas Co Ltd ガス流出防止弁
CN1100198A (zh) * 1993-09-10 1995-03-15 横河电机株式会社 半导体式差压测量装置及其制造方法
JPH0862077A (ja) * 1994-08-23 1996-03-08 Hitachi Ltd 圧力センサ
JP2004028704A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Fuji Electric Holdings Co Ltd 差圧測定装置
CN200944070Y (zh) * 2006-07-28 2007-09-05 上海威尔泰工业自动化股份有限公司 单向压力过载保护差压传感器
CN203216662U (zh) * 2013-03-20 2013-09-25 福建上润精密仪器有限公司 一种新型的压力/差压变送器耐高过载压力装置
CN106489070A (zh) * 2014-07-08 2017-03-08 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 差压测量单元
CN205958170U (zh) * 2016-08-05 2017-02-15 重庆九天测控仪器制造有限公司 一种差压膜盒
CN110006583A (zh) * 2019-04-08 2019-07-12 黄松 一种差压变送器过载保护装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHIN-CHUNG CHEN 等: "A Novel MEMS DC Magnetic Sensor Using", 《PROCEEDINGS OF THE 13TH ANNUAL IEEE INTERNATIONAL》, 26 April 2018 (2018-04-26), pages 257 - 260, XP033466934, DOI: 10.1109/NEMS.2018.8557024 *
吴太虎: "WFS-1型自动胸外按压心肺复苏器的研制", 《医疗卫生装备》, vol. 27, no. 11, 15 November 2006 (2006-11-15), pages 13 - 14 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113697762A (zh) * 2021-08-25 2021-11-26 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种隔离封装结构差压谐振压力敏感芯片探头及封装方法
CN113697762B (zh) * 2021-08-25 2023-08-11 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种隔离封装结构差压谐振压力敏感芯片探头及封装方法

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