CN200989838Y - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感测量领域，尤其是压力传感器。本实用新型提供的压力传感器由压力敏感头和变送电路板构成，所述压力敏感头包括膜片、压力敏感器件、填充片和壳体，其特征在于：变送电路板作为灌油腔的隔板置于压力敏感头的壳体内，压力敏感器件与变送电路板连接成一体。本实用新型巧妙简化传感器整体结构，能够采用严密简便的灌油封装工艺进行制造，降低了生产成本，减小了器件尺寸，可满足在电学应用领域元器件***化、微型化、集成化趋势的需要。

Description

压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感测量领域，尤其是压力传感器。

背景技术

压力传感器不仅常见于民用等应用领域，在军品、航空航天等应用领域中也占有重要地位，因此对于压力传感器技术要求越来越高。目前广泛应用的压力传感器结构参见附图1，包括压力敏感头和变送电路板5′两部分，压力敏感头插接在变送电路板5′上。其压力敏感头主要由压力敏感器件2′、填充片3′及膜片1′组成，膜片1′和压力敏感器件2′之间要通过硅油传导压力，为了保证气密性，需要采用金属基座7′和壳体4′构成灌油腔并进行封装，而且要在基座7′中设置管脚6′，压力敏感器件2′的引线从管脚6′中引出，以便插接到变送电路板5′，实现压力敏感器件2′与变送电路板5′上的其他器件电连接。参见附图2，实际使用中，压力敏感器件2′与基座7′之间需要设置玻璃垫片8′，压力敏感头和变送电路板5′之间需要有转接板结构9′，连接好后再进行一次整体封装。这种压力传感器不但可以进行普通的气体及液体的压力测量，也可以用于腐蚀性的气体及液体的压力测量，但结构复杂、尺寸偏大、封装繁复，需要进一步改进。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提供了一种压力传感器。

本实用新型提供的压力传感器，是由压力敏感头和变送电路板构成，所述压力敏感头包括膜片、压力敏感器件、填充片和壳体，变送电路板作为灌油腔的隔板置于压力敏感头的壳体内，压力敏感器件与变送电路板连接成一体。

而且，压力敏感器件采用扩散硅压力芯片。

而且，变送电路板的基板材料采用陶瓷。

而且，填充片设有与变送电路板上的器件相应的容纳口。

而且，变送电路板上设置兼作灌油孔的引线孔。

或者，变送电路板上设置引线孔和灌油孔。

本实用新型直接将压力敏感器件集成在变送电路板上，变送电路板置于压力敏感头的壳体中，通过改进整体结构降低成本、减小器件尺寸、简化封装操作，而且缩短了导电通路、降低了寄生效应、提高了电性能和集成度。本实用新型可满足电子元件微型化趋势需要。

附图说明

图1是现有压力传感器的压力敏感头结构图；

图2是现有压力传感器的结构示意图；

图3是本实用新型的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的电路原理图；

图5a是本实用新型实施例一的填充片结构示意图；图5b是图5a的俯视图；

图6a是本实用新型实施例二的填充片结构示意图；图6b是图6a的俯视图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供的压力传感器，是由压力敏感头和变送电路板构成，所述压力敏感头包括膜片1、压力敏感器件2、填充片3和壳体4，变送电路板5作为灌油腔的隔板置于压力敏感头的壳体4内，压力敏感器件2与变送电路板5连接成一体。压力敏感器件2与变送电路板5之间的这种一体连接关系，既包括物理结构上接近的含义，也包括电连接的含义，压力敏感器件2焊接在变送电路板5上后绑定即可。现有技术的压力传感器需要的基座7′和转接板结构9′、管脚6′等都被省去。压力敏感器件2作为感应压力的主要工作器件，与膜片之间相对位置不宜变动，因此将变送电路板5放入壳体后与之连接。压力敏感器件2与变送电路板5连接成一体，在缩短电连接距离的同时，还可以隔离出灌注硅油的空间。变送电路板5置于压力敏感头的壳体4中，变送电路板5和膜片1之间构成灌注硅油的灌油腔，变送电路板5作为灌油腔的隔板，替代了基座7′所起的这种作用(另设隔板做为等同替代手段，也应落入本实用新型保护范围内)。变送电路板5下部和壳体4之间的空间在完成所有调试工作后灌胶密封，这种灌胶密封实施简单可靠，变送电路板5的输出引脚通过胶体直接引出，省去了现有技术的压力传感器整体密封。压力传感器的性能与封装技术密切相关，本实用新型将压力敏感头和变送电路板结合后进行***级封装(SIP)，满足了电子整机***发展的需要，有利于在减小器件尺寸、简化封装操作的同时保证性能。

本实用新型的压力敏感器件采用扩散硅压力片P。半导体硅、锗材料中的压阻效应比金属材料中的压阻效应要大的多。硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时(一般小于400微应变)，其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化(G因子突变)。用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。本实用新型利用了硅材料的压阻效应。参见图5，本实用新型的扩散硅压力芯片P采用ATP100晶元，然后采用变送电路进行处理：用恒流激励芯片U(采用比例电压转换接口集成电路芯片AM417-8U)对ATP100产生的应变电桥信号进行恒流激励处理，再用PNP三极管D对AM417-8的处理结果放大；扩散硅压力芯片具有固有特性，温度系数较大，因此需要对其进行温度误差补偿，常用的温补方式是在应变电桥上附加电阻网络，通过测试及计算其高低温特性，确定网络阻值，以达到温度补偿的目的。以上电路结构属于现有技术，不予赘述。

参见图4，本实用新型的变送电路在现有附加电阻网络的基础上，增加多个热敏电阻分别对应变电桥、恒流激励源、放大电路增益进行温度补偿，从而保证在超宽工作温度范围内的稳定工作。具体来说，本实用新型实施例对附加电阻网络的改进主要包括以下：AM417-8的电流源调整端RB输入增加一个可变电阻R1，PNP三极管的集电极输出端增加一个与增益调整电阻R3A并联的热敏电阻R3B，AM417-8***的输出级增益调整电阻R4A处增加一个与之并联的热敏电阻R4B，ATP100的电源输出负极到接地处增加一个与接地电阻R2A并联的热敏电阻R2B。可变电阻R1和热敏电阻R3B的作用是调节压力传感器的零点和增益，热敏电阻R2B、R4B的作用是对压力传感器的增益进行温度补偿。具体实施时，还可以改进电路，采取多种滤波和屏蔽措施，以满足压力传感器苛刻的电磁兼容测试要求，本实用新型实施例在PNP三极管的集电极输出端增加一个与电容C1并联的π型滤波器，该π型滤波器由电感L1和电容C2、C3组成。

为了将扩散硅压力芯片P和变送电路5集成在一块电路板上，也就是变送电路板5本身作为扩散硅压力芯片P的载体，达到此目的的首要条件是电路基板材料的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数相近，在普通电路板所使用的基板材料中只有陶瓷基板满足要求，因此变送电路板5的基板材料采用陶瓷。

压力传感器中填充的硅油量应尽可能的小，否则，硅油在不同温度下的体积膨胀将会对测量压力带来较大的误差，而且很容易引起传感器的温度漂移，因此在膜片1和压力敏感器件2之间要放置环状填充片3，压力敏感器件2在环孔下，以便在不影响膜片1和压力敏感器件2之间压力传递的同时减少硅油量。本实用新型的压力敏感器件2和变送电路板5集成，变送电路板5上的其他器件有可能影响填充片所在位置，而为了尽可能减少硅油量，不宜扩大膜片1和压力敏感器件2之间的距离。为了达到减少硅油量的最佳效果，本实用新型的技术方案是在填充片3设有与变送电路板5上的器件形状相应的容纳口a。具体实施时，可以预留容纳口a，变送电路板5制板时根据容纳口a位置安排电子器件位置，如图5a和5b所示；另一种方案是根据变送电路板5上使用的电子器件形状高度来确定容纳口a的数目和形状，如图6a和图6b所示。填充片3的材料与基板材料相应，采用陶瓷。

因为变送电路板5置入了壳体4之中，所以必须在从变送电路板5引出电源线、地线和信号输出线，因此需要在变送电路板5上设置三个相应的引线孔b以便焊接上述三根导线。引线孔b在制造压力传感器的过程中还可起到更重要的作用：膜片1和压力敏感器件2之间需要灌装硅油，引线孔b先用作硅油的灌注孔，在完成硅油的真空灌注后，经过清洗再用锡焊焊上连接导线，就使膜片1和变送电路板5之间的空间成为一个完全密封的、充满硅油的空间。而现有技术的压力传感器，灌油封装是膜片1′与壳体4′采用熔焊工艺进行焊接，工艺顺序可以先灌充硅油再焊接，也可以先焊接再灌充硅油。前者需要对焊接工艺进行严格的控制，因为此时硅油已经灌充在壳体4′内部，焊接过程中的高温会导致难以预料的后果，后者虽然没有这些问题，但是需要在壳体4′上预留灌油通道，在完成硅油灌冲以后再采取措施封堵通道，通常是压入一钢珠堵住灌油通道，这样长期工作后有可能导致硅油的泄漏。本实用新型设计兼作灌油孔的引线孔b，完全解决了上述问题，置入变送电路板5后灌油封口，简便可靠，持久耐用。显然灌注硅油用的灌油孔和引线孔b也可分别设置，但引线孔b兼作灌油孔为最优选实施方案。

本实用新型给出压力传感器具体制作工艺以便实施：

首先根据附图5中的电路原理图进行电路板设计，并且采用陶瓷基板加工得到变送电路板5；在变送电路板5上采用贴片焊接方法焊接主要元件；压力敏感芯片P先用胶粘到基板上，再用金丝绑定，通过初步检验合格后再将整个变送电路板5和陶瓷填充片3粘结成一体。

然后，在不锈钢壳体4内部与变送电路板5接触的部位涂胶，然后植入变送电路板5和陶瓷填充片3的联合体，正确定位并保证粘结部位粘合紧密，再经老化或烘干保证粘合剂的固化；固化后，采用氩弧滚焊将不锈钢膜片1和压环(为了焊接固定膜片1而通常采用的一种压在膜片1上的环)焊接到不锈钢壳体4上。

最后进行硅油的真空灌装，接着封口并进行电路调试和测试，合格后将壳体4下部灌胶密封即成。

Claims (6)

1.一种压力传感器，由压力敏感头和变送电路板构成，所述压力敏感头包括膜片、压力敏感器件、填充片和壳体，其特征在于：变送电路板作为灌油腔的隔板置于压力敏感头的壳体内，压力敏感器件与变送电路板连接成一体。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：压力敏感器件采用扩散硅压力芯片。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：变送电路板的基板材料采用陶瓷。

4.根据权利要求1或2或3所述的压力传感器，其特征在于：填充片设有与变送电路板上的器件相应的容纳口。

5.根据权利要求1或2或3所述的压力传感器，其特征在于：变送电路板上设置兼作灌油孔的引线孔。

6.根据权利要求1或2或3所述的压力传感器，其特征在于：变送电路板上设置引线孔和灌油孔。

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