CN209961389U - 单晶硅高过压保护型压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单晶硅高过压保护型压力传感器，包括正压本体、背压本体、管座；正压本体与外接件焊接，正压本体下端、背压本体上端设有隔离膜片，隔离膜片与正压本体、背压本体通过膜片焊环焊接形成容纳空间，正压本体上端设有管座，绑定板安装在管座下端安装槽内，传感器芯片穿过绑定板矩形孔并与绑定板绑定连接，正压本体通道上端连通传感器芯片的正压端，下端连通正压端隔离膜片，管座上设置电性接口，管座具有正压通道与背压通道，正压通道连通传感器芯片正压端、中心保护膜片，背压通道连通传感器芯片背压端、背压端隔离膜片，中心保护膜片设置在背压本体和管座之间。该压力传感器既满足密封要求又能实现与大气相通功能。

Description

单晶硅高过压保护型压力传感器

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种可靠性高、高过压保护型压力传感器。

背景技术

压力传感器是一种用于测量液体、气体或蒸汽等流体的压力，把所测压力物理量转换成电信号输出，再通过电路放大补偿调理后将其转变成4～20mA标准电流信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的力学性能检测装置。

目前，公知的压力传感器为实现测量压力的功能，压力传感器的一端与大气连通，因此传感器芯片的一端会与大气连通。在施加压力的过程中，如果超出传感器量程的大压力传递过来直接作用到传感器芯片上，会使传感器芯片破裂，造成传感器不可逆的损伤。另外导压介质会通过破裂的芯片直接冲出，造成对设备的损伤。而且传感器芯片单面接触导压介质，导压介质受温度影响热胀冷缩对芯片影响大。同时，隔离液及隔离膜片本身的影响，传感器的量程不能做小大大的限制了压力的测量范围。表压测量时传感器背压腔必须直接对大气参考，容易受湿度影响结露或者腐蚀性环境影响造成传感器损坏。因此，如何既满足压力传感器密封的要求又要实现与大气相通的功能称为目前传感器研究的重点。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型目的是提供一种既满足密封要求又要实现与大气相通功能的单晶硅高过压保护型压力传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种单晶硅高过压保护型压力传感器，包括外接件、正压本体、背压本体、管座和螺纹连接件；

外接件用于连接待检测过程流体的输送管道，正压本体与外接件焊接，用于感应待检测过程流体的压力；

正压本体下端设有正压端隔离膜片，正压端隔离膜片与正压本体通过膜片焊环焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质；

背压本体上端设有背压端隔离膜片，背压端隔离膜片与背压本体通过膜片焊环焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质；

当正压端隔离膜片、背压端隔离膜片受到压力作用时能够挤压容纳空间，并向导压介质施加同等的压力，实现压力的传递；

正压本体上端设有管座，管座下端具有安装槽，安装槽与正压本体上端之间的矩形空间内填充有导压介质，绑定板安装在安装槽内，绑定板上具有矩形孔，传感器芯片穿过矩形孔并通过胶水和安装槽固定在一起，传感器芯片通过绑定线与绑定板绑定连接，传感器芯片为单晶硅芯片，且具有正压端和背压端，正压端朝下，背压端朝上；

正压本体上设有正压本体通道，正压本体通道上端连通传感器芯片的正压端，正压本体通道下端连通正压端隔离膜片；

管座上设置电性接口，电性接口能够为传感器芯片提供电源并接收传感器芯片向外传输的电信号；

管座具有完全隔离的正压通道与背压通道，正压通道一端穿过绑定板并连通传感器芯片正压端，另一端连通中心保护膜片，背压通道一端连通传感器芯片的背压端，另一端连通背压端隔离膜片；

管座还具有正压腔横孔油道和背压腔横孔油道，正压腔横孔油道一端连通正压通道，另一端作为正压通道导压介质充注孔，背压腔横孔油道一端连通背压通道，另一端作为背压通道导压介质充注孔；

中心保护膜片设置在背压本体和管座之间，中心保护膜片分别与背压本体、管座通过焊接的方式实现完全密封，中心保护膜片设置有通孔；

管座上端和背压本体下端设有位置相对应的凹槽，凹槽内设置有套管，套管穿过中心保护膜片的通孔，背压通道另一端通过套管连通背压端隔离膜片；

正压本体上端还设有螺纹连接件，螺纹连接件上设有通孔，通孔内容纳管座和背压本体。

进一步的，所述正压端隔离膜片和背压端隔离膜片分别为波浪形，且正压本体下端面和背压本体上端面同样为波浪形。

进一步的，所述套管外设置有两个密封圈，密封圈进一步保证正压通道与背压通道的完全隔离。

进一步的，所述密封圈为橡胶材质的弹性件。

进一步的，所述外接件通过外螺纹连接待检测过程流体的输送管道。

有益效果：

(1)本实用新型的单晶硅高过压保护型压力传感器，通过设置中心保护膜片来实现单向过压保护功能，通过将中心保护膜片分别与背压本体、管座焊接在一起，将管座、正压本体焊接在一起，就可将压力传感器的正压端和背压端隔离开，工艺简单，密封性好；

(2)正压本体、背压本体结构简单，便于加工，精度容易掌控；

(3)单晶硅高过压保护型压力传感器内部与大气隔离，解决了传感器因为结露或者腐蚀性环境影响造成损坏的问题。传感器芯片双面接触导压介质提高了传感器的长期稳定性及温度特性。

附图说明

图1是本实用新型单晶硅高过压保护型压力传感器的俯视结构示意图；

图2是图1中A-A剖面图；

图3是图2中B-B剖面图；

图4是图2中C处放大图；

图中：10-外接件；20-正压本体；30-管座；40-背压本体；50-螺纹连接件；201-正压端隔离膜片；202-膜片焊环；203-正压本体通道；301-传感器芯片；302-绑定板；303-背压通道；304-正压通道；305-电性接口；306-背压腔横孔油道；307-正压腔横孔油道；401-背压端隔离膜片；402-中心保护膜片；403-套管；404-密封圈。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1至3所示，本实用新型的一种单晶硅高过压保护型压力传感器，包括外接件10、正压本体20、背压本体40、管座30和螺纹连接件50。

外接件10用于连接待检测过程流体的输送管道，正压本体20与外接件10焊接，用于感应待检测过程流体的压力。

正压本体20下端设有正压端隔离膜片201，正压端隔离膜片201与正压本体20通过膜片焊环202焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质。

背压本体40上端设有背压端隔离膜片401，背压端隔离膜片401与背压本体40通过膜片焊环202焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质。

当正压端隔离膜片201、背压端隔离膜片401受到压力作用时能够挤压容纳空间，并向导压介质施加同等的压力，实现压力的传递。

正压本体20上端设有管座30，管座30下端具有安装槽，安装槽与正压本体20上端之间的矩形空间内填充有导压介质，绑定板302安装在安装槽内，绑定板302上具有矩形孔，传感器芯片301穿过矩形孔并通过胶水和安装槽固定在一起，传感器芯片301通过绑定线与绑定板302绑定连接，传感器芯片301为单晶硅芯片，且具有正压端和背压端，正压端朝下，背压端朝上。

正压本体20上设有正压本体通道203，正压本体通道203上端连通传感器芯片301的正压端，正压本体通道203下端连通正压端隔离膜片201。

管座30上设置电性接口305，电性接口305能够为传感器芯片301提供电源并接收传感器芯片301向外传输的电信号。

管座30具有完全隔离的正压通道304与背压通道303，正压通道304一端穿过绑定板302并连通传感器芯片301正压端，另一端连通中心保护膜片402，背压通道303一端连通传感器芯片301的背压端，另一端连通背压端隔离膜片401；

管座30还具有正压腔横孔油道307和背压腔横孔油道306，正压腔横孔油道307一端连通正压通道304，另一端作为正压通道304导压介质充注孔，背压腔横孔油道306一端连通背压通道303，另一端作为背压通道303导压介质充注孔。

中心保护膜片402设置在背压本体40和管座30之间，中心保护膜片402分别与背压本体40、管座30通过焊接的方式实现完全密封，中心保护膜片402设置有通孔。

管座30上端和背压本体40下端设有位置相对应的凹槽，凹槽内设置有套管403，套管403穿过中心保护膜片402的通孔，背压通道303另一端通过套管403连通背压端隔离膜片401。

正压本体20上端还设有螺纹连接件50，螺纹连接件50上设有通孔，通孔内容纳管座30和背压本体40。

如图1和4所示，本实施例中，所述正压端隔离膜片201和背压端隔离膜片401分别为波浪形，且正压本体20下端面和背压本体40上端面同样为波浪形。如此设计，可以增加正压本体20与正压端隔离膜片201之间的容纳空间、背压本体40与背压端隔离膜片401之间的容纳空间，从而可以增加导压介质的储存量。另外，可以使正压端隔离膜片201和背压端隔离膜片401在受到压力后，可以更好的回弹。

如图2所示，所述套管403外设置有两个密封圈404，密封圈404进一步保证正压通道304与背压通道303的完全隔离；所述密封圈404为橡胶材质的弹性件。

优选的，所述外接件10通过外螺纹连接待检测过程流体的输送管道。

当单晶硅高过压保护型压力传感器工作时，通过正压腔横孔油道向正压通道充入导压介质，通过背压腔横孔油道向背压通道充入导压介质，导压介质均匀分布于正压、背压通道，且该两个通道是完全隔离的。导压介质可以是硅油、氟油、植物油以及其他介质，并不限制本实用新型，在本实施例中，导压介质为硅油。

当外接件中待检测过程流体的压力作用于正压端隔离膜片上，正压端隔离膜片受到压力而挤压与正压本体之间形成容纳空间中的导压介质，使得导压介质通过正压本体通道203向传感器芯片的正压端传递压力。同时当外部大气压力作用于背压端隔离膜片上，背压端隔离膜片受到压力而挤压与背压本体之间形成容纳空间中的导压介质，使得导压介质通过背压通道向传感器芯片的背压端传递压力。传感器芯片在正向压力和背向大气压的作用下发生微小的形变，从而导致传感器芯片内部的桥路电阻的阻值发生变化，使传感器芯片的向外输出电流发生变化，并通过绑定板传递至相应的仪器仪表，实现测量***的压力值。

当正压本体受到较大的单向过载压力时，压力通过导压介质传到中心保护膜片，中心保护膜片因为受到压力向背压本体方向变形，压力通过导压介质传到至背压本体，使较大的单向过载压力仅能作用于传感器本体上，并不能传递作用到传感器芯片上，从而使压力传感器具有可靠的单向压力过载保护功能，并提高了传感器的性能。中心保护膜片具有在额定压力下不变形，超过额定压力变形的特性。单晶硅高过压保护型压力传感器内部与大气隔离，解决了传感器因为结露或者腐蚀性环境影响造成损坏的问题。传感器芯片双面接触导压介质提高了传感器的长期稳定性及温度特性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种单晶硅高过压保护型压力传感器，其特征在于：包括外接件(10)、正压本体(20)、背压本体(40)、管座(30)和螺纹连接件(50)；

外接件(10)用于连接待检测过程流体的输送管道，正压本体(20)与外接件(10)焊接，用于感应待检测过程流体的压力；

正压本体(20)下端设有正压端隔离膜片(201)，正压端隔离膜片(201)与正压本体(20)通过膜片焊环(202)焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质；

背压本体(40)上端设有背压端隔离膜片(401)，背压端隔离膜片(401)与背压本体(40)通过膜片焊环(202)焊接形成容纳空间，容纳空间内填充有导压介质；

当正压端隔离膜片(201)、背压端隔离膜片(401)受到压力作用时能够挤压容纳空间，并向导压介质施加同等的压力，实现压力的传递；

正压本体(20)上端设有管座(30)，管座(30)下端具有安装槽，安装槽与正压本体(20)上端之间的矩形空间内填充有导压介质，绑定板(302)安装在安装槽内，绑定板(302)上具有矩形孔，传感器芯片(301)穿过矩形孔并通过胶水和安装槽固定在一起，传感器芯片(301)通过绑定线与绑定板(302)绑定连接，传感器芯片(301)为单晶硅芯片，且具有正压端和背压端，正压端朝下，背压端朝上；

正压本体(20)上设有正压本体通道(203)，正压本体通道(203)上端连通传感器芯片(301)的正压端，正压本体通道(203)下端连通正压端隔离膜片(201)；

管座(30)上设置电性接口(305)，电性接口(305)能够为传感器芯片(301)提供电源并接收传感器芯片(301)向外传输的电信号；

管座(30)具有完全隔离的正压通道(304)与背压通道(303)，正压通道(304)一端穿过绑定板(302)并连通传感器芯片(301)正压端，另一端连通中心保护膜片(402)，背压通道(303)一端连通传感器芯片(301)的背压端，另一端连通背压端隔离膜片(401)；

管座(30)还具有正压腔横孔油道(307)和背压腔横孔油道(306)，正压腔横孔油道(307)一端连通正压通道(304)，另一端作为正压通道(304)导压介质充注孔，背压腔横孔油道(306)一端连通背压通道(303)，另一端作为背压通道(303)导压介质充注孔；

中心保护膜片(402)设置在背压本体(40)和管座(30)之间，中心保护膜片(402)分别与背压本体(40)、管座(30)通过焊接的方式实现完全密封，中心保护膜片(402)设置有通孔；

管座(30)上端和背压本体(40)下端设有位置相对应的凹槽，凹槽内设置有套管(403)，套管(403)穿过中心保护膜片(402)的通孔，背压通道(303)另一端通过套管(403)连通背压端隔离膜片(401)；

正压本体(20)上端还设有螺纹连接件(50)，螺纹连接件(50)上设有通孔，通孔内容纳管座(30)和背压本体(40)。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅高过压保护型压力传感器，其特征在于：所述正压端隔离膜片(201)和背压端隔离膜片(401)分别为波浪形，且正压本体(20)下端面和背压本体(40)上端面同样为波浪形。

3.根据权利要求1或2所述的一种单晶硅高过压保护型压力传感器，其特征在于：所述套管(403)外设置有两个密封圈(404)，密封圈(404)进一步保证正压通道(304)与背压通道(303)的完全隔离。

4.根据权利要求3所述的一种单晶硅高过压保护型压力传感器，其特征在于：所述密封圈(404)为橡胶材质的弹性件。

5.根据权利要求1所述的一种单晶硅高过压保护型压力传感器，其特征在于：所述外接件(10)通过外螺纹连接待检测过程流体的输送管道。

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