CN208721309U - 一种简易充油芯体 - Google Patents

Abstract

重量轻，成本低，制造合格率同的一种简易充油芯体，外壳上、下侧分别连有管座和波纹膜片，所述管座上连有扩散硅压力芯片，所述外壳内充置有硅油，所述外壳上口具有冲压形成的内翻边，该弧形内翻边内侧缘扣压于所述管座外缘上面，使管座固定于所述外壳，所述外壳下口具有外连的压环，所述波纹膜片置于所述外壳和压环之间，所述外壳、波纹膜片和压环焊接于一起。本实用新型用于制造扩散硅压力传感器。

Description

一种简易充油芯体

技术领域

本实用新型涉及传感器，特别是扩散硅压力传感器。

背景技术

充油芯体是扩散硅压力传感器的一种封装形式。扩散硅压力芯片封装于不锈钢壳体中；外加压力通过不锈钢膜片、内部密封的硅油传递到压力芯片上，压力芯片不直接接触被侧介质，形成压力测量的全固态结构。

1、扩散硅压力芯片

扩散硅压力芯片是以单晶硅为基体，采用先进的离子注入工艺和微机械加工工艺，制成具有惠斯通电桥和精密力学结构的压力敏感元件，其尺寸可做到1*1*0.5mm。

其原理如下图1、2所示，分开环结构和闭环结构。其中在压力为0 时，可R1＝R2＝R3＝R4＝R；当加压时，R1与R3阻值下降，R2与R4阻值上升，4个电阻变化幅度一致，即△R。则Vout＝Vout+-Vout-＝Vcc*△R/R。如△R在压力下呈线性变化(理想状态)，则Vout随压力呈线性变化。实际扩散硅输出如下图3所示(某型号100psi扩散硅压力芯片)。

2、充油芯体结构、原理

图4为充油芯体的结构示意图。充油芯体主要由不锈钢外壳5、波纹膜片6、硅油3、TO管座1、扩散硅压力芯片2组成。其制作流程为：1)将TO 管座电流压焊在不锈钢外壳上；2)将扩散硅压力芯片粘在TO管座上并压焊金丝；3)加注硅油；4)高温、真空环境下激光焊接波纹膜片。

3、充油芯体优缺点

优点：

·灵敏度高。扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50～80倍，它的满量程信号输出在80-100mv左右。

·精度高。扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好。因此综合表态精度很高。

·可靠性高。扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级，膜片最大位移量在来微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。

·频响高。由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100千赫兹。

·耐腐蚀性好。适用于各种恶劣的腐蚀介质环境。被广泛用于石油、化工、冶金、电力、电子***、航空航天、医疗、汽车、机电设备等。

缺点：

·价格高。其成本通常占压力传感器总成本的60％以上。

·体积大、重量大。充油芯体直径最小规格为19mm，高度一般超过 15mm，重量在150g以上，而同样直径的陶瓷压力传感器的重量在 40g以内。

·工艺复杂。需要超声波压焊、电流压焊、激光焊接等高技术含量的工艺，工艺步骤多，技术难度大，其中激光焊接需在高温、真空环境下进行，技术难度最大。

●设备成本高。超声波压焊机、电流压焊机、激光焊接机都是高技术含量的设备，价格不菲；能加高温的真空箱体需定制，价格不菲。

发明内容

本实用新型要解决已有技术中的扩散硅压力传感器的充油芯体体积与重量大，制作工艺复杂，成本高的问题，为此提供本实用新型的一种简易充油芯体，这种芯体构造简单，制作方便，成本低。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是在外壳上、下侧分别连有管座和波纹膜片，所述管座上连有扩散硅压力芯片，所述外壳内充置有硅油，其特殊之处是所述外壳上口具有冲压形成的内翻边，该弧形内翻边内侧缘扣压于所述管座外缘上面，使管座固定于所述外壳，所述外壳下口具有外连的压环，所述波纹膜片置于所述外壳和压环之间，所述外壳、波纹膜片和压环焊接于一起。

所述内翻边优选为弧形内翻边。

所述弧形翻边由外壳上预先设置的凸缘，通过油压冲床进行内压缩，将凸缘翻压成弧形翻边。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是扩散硅压力芯片开环式电桥电路示意图；

图2是扩散硅压力芯征闭环式电桥电路示意图；

图3是扩散硅压力芯片输出特性曲线图；

图4是已有技术中的充油芯体结构示意图；

图5是本实用新型的充油芯体结构示意图；

图6是图5芯体中的外壳、波纹膜片和压环结合示意图；

图7是图6中外壳、波纹膜片和压环焊接前示意图；

图8是图6中外壳、波纹膜片和压环焊接后示意图；

图9是本实用新型冲压翻边前状态示意图；

图10是本实用新型冲压翻边后状态示意图；

图11是本实用新型真空注油状态示意图。

具体实施方式

一种简易充油芯体，外壳5上、下侧分别连有管座1和波纹膜片6，管座1上连有扩散硅压力芯片2，外壳5内充置有硅油3，外壳5上口具有冲压形成的弧形内翻边8，该弧形内翻边内侧缘扣压于管座1外缘上面，使管座1 固定于外壳5，外壳5下口具有外连的压环10，波纹膜片6置于外壳5和压环10之间，外壳5、波纹膜片6和压环10焊接于一起。

本实用新型的制作过程：

1)激光焊接波纹膜片

将波纹膜片6夹在不锈钢外壳5和压环10之间，再用激光焊接机进行焊接。焊接无需高温、真空，在常温下即可，避免了现有技术需高温、真空环境的苛刻要求。

2)TO管座粘接扩散硅压力芯片

将扩散硅压力芯片2用强力胶水粘接在TO管座1上。

3)金丝压焊

用超声波压焊机将金丝压焊在扩散硅压力芯片2和TO管座1针脚上。

4)TO管座翻边

将橡胶密封圈4、TO管座1放在焊接好波纹膜片6的外壳上，用油压冲床模具M进行内压缩翻边，冲床下压速度控制在0.2m/S以内。翻边后，外壳 5、管座1和波纹膜片6形成一个具有内腔的整体。

5)真空注入硅油

常温下，在真空箱体内，用注针9将硅油通过管座1上的注油管7注入外壳5内，直到硅油溢出。

6)堵注油管

将注油管夹扁，再用激光焊接机将注油管末端融化、封堵。

7)清洗充油芯体

用硅油清洗剂清洗充油芯体。

下表示出普通充油芯体与本实用新型的简易充油芯体各项性能指标。

项目	普通充油芯体	本实用新型
			非线性度(％FS)	0.25	0.4
灵敏度(mS)	1	1
			温飘-40～125℃(％FS)	0.1	0.5
可靠性(2MPa充放气60万次)	性能不变	性能不变
			泄漏压力(MPa)	35	12
重量(g)	106	32
			不合格率(‰)	15	4
生产1万只的平均成本(元/个)	65	23

由上表可以看出，与普通充油芯体相比，本实用新型的简易充油芯体在非线性度、温飘、泄漏压力上性能稍差，在重量、合格率、成本上有很大优势，而且制作成压力传感器成品后，通过后端专业处理芯片的修正、温补，其传感器在-40～125℃温度范围的精度完全能做到0.4％FS，能应用于普通精度检测仪表。

Claims (2)

1.一种简易充油芯体，外壳(5)上、下侧分别连有管座(1)和波纹膜片(6)，所述管座上连有扩散硅压力芯片(2)，所述外壳内充置有硅油(3)，其特征是所述外壳上口具有冲压形成的内翻边，该弧形内翻边内侧缘扣压于所述管座外缘上面，使管座固定于所述外壳，所述外壳下口具有外连的压环(10)，所述波纹膜片(6)置于所述外壳和压环之间，所述外壳、波纹膜片和压环焊接于一起。

2.如权利要求1所述的简易充油芯体，其特征是所述内翻边为弧形内翻边(8)。