CN211717677U - 一种压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压力传感器。一种压力传感器，包括第一顶压件、第二顶压件和压阻芯片；所述压阻芯片在轴向上位于第一顶压件、第二顶压件之间；第一顶压件、第二顶压件之间还设有第一隔热板和第二隔热板；第一隔热板和第二隔热板分别用于承受第一顶压件传递的压力；压阻芯片设置在第一、二隔热板之间的中间隔热板上的芯片防护孔中，或者，压阻芯片设置在第一隔热板或第二隔热板上的芯片防护槽中，或者，压阻芯片的轴向两端分别位于所述第一隔热板上的第一芯片防护槽第二隔热板上的第二芯片防护槽中。上述方案能够实现压力传感器在高温环境中使用，满足高温环境下的检测需求。

Description

一种压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种压力传感器。

背景技术

随着我国工业、农业和科学技术的不断发展，压力传感器的应用领域越来越广泛，在各种应用领域都对压力传感器的技术性能指标提出了更高的要求，比如准确测量如发电、航空推进、核反应堆等高温腐蚀环境下的压力信息，提高***的快速反应能力和安全性。这给压力传感器的研制和生产带来了许多需要解决的问题。

现有的压力传感器主要以硅和二氧化硅为芯片材料，通过其压电效应来传递压力信息。但是，该压电效应会受到温度影响，当超过某一温度后，压电效应将消失，同时，硅和二氧化硅本身无法在高温环境中使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压力传感器，解决现有的压力传感器无法在高温环境中使用的问题。

本实用新型中采用的技术方案如下。

一种压力传感器，包括第一顶压件、第二顶压件和压阻芯片；

压力传感器具有轴向，该轴向与压力传感器使用时的受压方向一致；

所述压阻芯片在轴向上位于第一顶压件、第二顶压件之间；

第一顶压件、第二顶压件可沿轴向相对运动，以将压力传递给压阻芯片；

第一顶压件、第二顶压件之间还设有第一隔热板和第二隔热板；

第一隔热板靠近第一顶压件设置，用于承受第一顶压件传递的压力；

第二隔热板靠近第二顶压件设置，用于承受第二顶压件传递的压力；

所述压阻芯片以以下三种方式的任一方式设置：

方式一，第一隔热板和第二隔热板之间设有中间隔热板，中间隔热板上设有芯片防护孔，压阻芯片设置在芯片防护孔中，压阻芯片的轴向尺寸大于芯片防护孔的轴向尺寸以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间；

方式二，所述第一隔热板靠近第二隔热板的一侧或第二隔热板靠近第一隔热板的一侧设有芯片防护槽，压阻芯片设置在芯片防护槽中，压阻芯片的轴向尺寸大于芯片防护槽的深度以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间；

方式三，所述第一隔热板和第二隔热板相互靠近的一侧分别设有第一芯片防护槽和第二芯片防护槽，第一芯片防护槽和第二芯片防护槽相向布置；所述压阻芯片的轴向一端设置在第一芯片防护槽内，另一端设置在第二芯片防护槽内，压阻芯片的轴向尺寸大于第一芯片防护槽和第二芯片防护槽的深度之和以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间。

有益效果：第一顶压件和第二顶压件能够通过第一隔热板和第二隔热板将压力传递给压阻芯片，实现对压力的测量，同时，相应隔热板上形成的芯片防护孔或芯片防护槽能够形成相对封闭的芯片防护空间，对压阻芯片进行防护，起到隔离温度传递的作用，避免压阻芯片由于温度过高而失效，与现有技术相比，能够实现压力传感器在高温环境中使用，满足高温环境下的检测需求。

作为一种优选的技术方案，所述压力传感器包括与所述压阻芯片串联的串联电阻，相应的第一隔热板、第二隔热板和/或中间隔热板上设有独立的电阻防护腔，所述串联电阻设置在电阻防护腔中。

有益效果：串联电阻设置在电阻防护腔中能够使外部结构更简洁，使用方便。

作为一种优选的技术方案，所述电阻防护腔设置在相应的第一隔热板、第二隔热板和/或中间隔热板的边缘位置，电阻防护腔在第一隔热板、第二隔热板和或中间隔热板的边缘形成开口，所述开口供相应的导线引出。

有益效果：电阻防护腔设置在相应隔热板的边缘位置能够直接形成供相应的导线引出的开口，结构简单。

作为一种优选的技术方案，所述压力传感器包括壳体，所述壳体内设有安装腔，所述第一隔热板、第二隔热板均设置在安装腔内。

有益效果：设置壳体能够对压阻芯片起到更好的隔离作用，进一步提升耐高温性能和抗腐蚀性能。

作为一种优选的技术方案，所述壳体包括第一壳体与第二壳体，所述第一壳体与第二壳体沿轴向分布；

第一壳体具有顶壁和周向侧壁，周向侧壁背向顶壁的一侧设有安装口，所述第二壳体封堵在安装口上，所述第二顶压件由第二壳体构成。

有益效果：壳体采用上述结构便于制造和拆装。

作为一种优选的技术方案，所述压力传感器还包括弹性预紧件，弹性预紧件用于使第一顶压件与第二顶压件之间产生相向预紧力，相向预紧力用于使压阻芯片的轴向两端与第一隔热板和第二隔热板保持接触。

有益效果：设置弹性预紧件使压阻芯片的轴向两端与第一隔热板和第二隔热板保持接触，有利于保证测量精度和重复精度。

作为一种优选的技术方案，所述第一顶压件包括顶压板和顶压柱；

顶压板，设置在所述壳体内的安装腔中，位于第一隔热板背向第二隔热板的一侧；

顶压柱，固定在顶压板背向第一顶压件的一侧，顶压柱的顶端伸出第一壳体的顶壁；

弹性预紧件为套设在所述顶压柱上的预紧弹簧，所述预紧弹簧设置在第一壳体的顶壁与所述顶压板之间。

有益效果：第一顶压件采用上述结构整体结构简单，在满足压阻芯片的预压的同时，便于压阻芯片等传感器配件的快速拆卸更换。

作为一种优选的技术方案，所述第一隔热板和第二隔热板的形状与安装腔的横截面形状适配，第一隔热板和第二隔热板沿垂直于轴向的方向定位在安装腔中。

有益效果：采用该方案结构简洁，不需要另外设置单独的定位结构去实现相应隔热板的定位，装配方便，成本低。

作为一种优选的技术方案，所述安装腔的腔壁上设有导线引出口，导线引出口供相应的导线引出的壳体外部。

有益效果：在安装腔的腔壁上设置导线引出口便于导线的引出。

作为一种优选的技术方案，对于方式一，所述芯片防护孔的形状与压阻芯片适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在芯片防护孔中；

对于方式二，芯片防护槽的形状与压阻芯片适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在芯片防护槽中；

对于方式三，第一芯片防护槽和第二的芯片防护槽的至少一个的形状与压阻芯片的对应端适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在第一芯片防护槽和/或第二芯片防护槽中。

有益效果：采用该方案结构简洁，不需要另外设置单独的定位结构去实现压阻芯片的定位，装配方便，成本低。

上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以将两个以上方案任意组合，组合形成的技术方案此处不再具体描述，以此形式包含在本专利的记载中。

附图说明

图1是本实用新型中一种压力传感器的实施例一的结构示意图；

图2是图1中中间隔热板与压阻芯片、串联电阻的位置关系示意图；

图3是本实用新型中一种压力传感器的实施例二的结构示意图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：10-第一壳体，11-顶壁，12-周向侧壁，20-第二壳体，31-顶压板，32-顶压柱，41-第一隔热板，42-中间隔热板，43-第二隔热板，44-芯片防护孔，45-电阻防护腔，46-开口，51-压阻芯片，52-串联电阻，61-第一导线，62-第二导线，63-第三导线，64-中间导线，70-预紧弹簧，243-第二隔热板，244-芯片防护槽，245-电阻防护腔，246-导线槽，251-压阻芯片，252-串联电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型一种压力传感器的实施例一如图1至图2所示，包括壳体、隔热板、压阻芯片51和串联电阻52。壳体包括第一壳体10和第二壳体20，隔热板分为第一隔热板41、中间隔热板42和第二隔热板43。

如图1所示，以压力传感器使用时的受压方向为压力传感器的轴向，第一壳体10和第二壳体20沿轴向分布。第一壳体10具有顶壁11和周向侧壁12，周向侧壁12背向顶壁11的一侧设有安装口，安装口供其他零部件装入壳体中；第二壳体20为板状结构，封堵在安装口上。

第一壳体10与第二壳体20围成容纳腔，隔热板、压阻芯片51和串联电阻52设置在容纳腔中。容纳腔中还设有第一顶压件，第一顶压件包括顶压板31和顶压柱32，顶压板31设置在壳体内的安装腔中，位于第一隔热板41背向第二隔热板43的一侧；顶压柱32固定在顶压板31背向第一顶压件的一侧，其顶端伸出第一壳体10的顶壁11。第二壳体20构成第二顶压件，第一顶压件、第二顶压件可沿轴向相对运动，以将压力传递给压阻芯片51。

如图1所示，隔热板设置在第一顶压件、第二顶压件之间，其中中间隔热板42位于第一隔热板41和第二隔热板43之间。第一隔热板41靠近第一顶压件设置，用于承受第一顶压件传递的压力；第二隔热板43靠近第二顶压件设置，用于承受第二顶压件传递的压力。第一隔热板41、中间隔热板42和第二隔热板43均为氧化铝陶瓷板，耐压、耐腐蚀、耐高温、隔热性好，性价比高。第一隔热板41、中间隔热板42和第二隔热板43均为圆形板，形状与安装腔的横截面形状适配，从而能够沿垂直于轴向的方向定位在安装腔中。

如图1和图2所示，中间隔热板42上设有芯片防护孔44，芯片防护孔44用于容纳压阻芯片51。压阻芯片51设置在芯片防护孔44中，压阻芯片51的轴向尺寸大于芯片防护孔44的轴向尺寸以使得压阻芯片51支撑在第一隔热板41和第二隔热板43之间；芯片防护孔44的形状与压阻芯片51适配，使得压阻芯片51沿垂直于轴向的方向定位设置在芯片防护孔44中。串联电阻52与压阻芯片51串联，输出电压为串联电阻52的分压信号，当被测压力作用于压阻芯片51时，压阻芯片51的电阻阻值将发生变化，输出电压随之变化，通过输出电压信号的变化可获得施加压力的大小。使用时，通过调节压阻芯片51的尺寸能够实现压力传感器量程的调节，对应地，芯片防护孔44可以设置的较大，以适配多种规格的压阻芯片51。本实施例中压阻芯片51采用具有压阻效应的聚合物先驱体陶瓷制造，以提高传感器的耐高温性能，相应的聚合物先驱体陶瓷制造例如SiCN、SiAlOC、SiCO、SiAlCN等。将聚合物先驱体陶瓷作为压阻芯片为现有技术，可参考：1. Zhang L G , Wang Y S , Wei Y , et al. Asilicon carbonitride ceramic with anomalously high piezoresistivity[J].Journal of the American Ceramic Society, 2008, 91(4):1346-1349；2. Li N , CaoY , Zhao R , et al. Polymer-derived SiAlOC ceramic pressure sensor withpotential for high-temperature application[J]. Sensors and Actuators A:Physical, 2017, 263:174-178等。

如图1和图2所示，中间隔热板42上设有独立的电阻防护腔45，电阻防护腔45设置在中间隔热板42的边缘位置，在中间隔热板42的边缘形成开口46，该开口46供相应的导线引出，第一壳体10的周向侧壁12上设有对应的导线引出口，导线引出口供相应的导线引出的壳体外部。本实施例中，导线包括与压阻芯片51的上端连接的第一导线61、分别连接在串联电阻52两端的第二导线62和第三导线63，以及连接在压阻芯片51下端与串联电阻52的对应端之间的中间导线64，其中第一导线61、第二导线62和第三导线63从开口46和导线引出口中引出。串联电阻52设置在电阻防护腔45中能够使外部结构更简洁，使用方便。装配时，第一导线61可以从中间隔热板42与第一隔热板41之间的间隔处引出，而中间导线64可以设置到中间隔热板42与第二隔热板43之间。当然，在其他实施例中，中间导线64也可以采用其他方式引出。例如，可以在中间隔热板42的底面上设有沿中间隔热板42径向延伸的径向开槽，将中间导线64从径向开槽内引出；再如，使芯片防护孔44的尺寸设置得比压阻芯片51大，使压阻芯片51与芯片防护孔44的孔壁之间形成轴向引线通道，中间导线64从轴向引线通道向上引至中间隔热板42与第一隔热板41之间的间隔处在向外引出。当然，在其他实施例中，也可以将电阻防护腔45与芯片防护孔44沿径向打通，直接通过电阻防护腔45实现中间导线64的引出。

压力传感器还包括预紧弹簧70，预紧弹簧70作为弹性预紧件，用于使第一顶压件与第二顶压件之间产生相向预紧力，相向预紧力用于使压阻芯片51的轴向两端与第一隔热板41和第二隔热板43保持接触。预紧弹簧70为套设在顶压柱32上的螺旋弹簧，螺旋弹簧设置在第一壳体10的顶壁11与第一顶压件的顶压板31之间。当然，预紧弹簧70的预紧力在满足压阻芯片51与第一隔热板41、第二隔热板43的接触力的要求的前提下越小越好，但是由于该类型压力传感器的量程一般较大，例如10Mpa，因此预紧弹簧70的作用力对信号输出的影响可忽略。对于中间隔热板42的定位，由于中间隔热板42与第一隔热板41和第二隔热板43之间的间隙很小，因此不会有明显位移，不影响压力传感器的正常使用。

本实用新型一种压力传感器的实施例二如图3所示，与实施例一的不同之处在于：实施例一中第一隔热板41和第二隔热板43之间设有中间隔热板42，中间隔热板42上设有芯片防护孔44，压阻芯片51设置在芯片防护孔44中，压阻芯片51的轴向尺寸大于芯片防护孔44的轴向尺寸以使得压阻芯片51支撑在第一隔热板41和第二隔热板43之间；而本实施例中未设置中间隔热板，第二隔热板243的厚度较厚，第二隔热板243顶面中心设有芯片防护槽244，压阻芯片251设置在芯片防护槽244中，压阻芯片251的轴向尺寸大于芯片防护槽244的深度以使得压阻芯片251支撑在第一隔热板41和第二隔热板243之间，相当于将实施例一中的中间隔热板与第二隔热板43设置成了一体结构。另外，电阻防护腔245设置在第二隔热板243的边缘部位，用于容纳串联电阻252。为了便于导线引出，第二隔热板243上还设有导线槽246，导线槽246的宽度与导线直径适配，沿第二隔热板243径向延伸至电阻防护腔245。

本实用新型一种压力传感器的实施例三，与实施例二的不同之处在于：本实施例中第一隔热板41的底面和第二隔热板43的顶面上分别设有第一芯片防护槽和第二芯片防护槽，第一芯片防护槽和第二芯片防护槽相向布置；压阻芯片51的轴向一端设置在第一芯片防护槽内，另一端设置在第二芯片防护槽内，压阻芯片51的轴向尺寸大于第一芯片防护槽和第二芯片防护槽的深度之和以使得压阻芯片51支撑在第一隔热板41和第二隔热板43之间。另外，第一隔热板41和第二隔热板43的边缘部位分别设有两处开槽，两处开槽相向布置，分别形成第一电阻防护腔和第二电阻防护腔，用于共同容纳串联电阻52。

本实用新型一种压力传感器的实施例四，与实施例一的不同之处在于：本实施例中压力传感器的串联电阻52设置在壳体外部，通过相应的导线与压阻芯片51连接。

本实用新型一种压力传感器的实施例五，与实施例一的不同之处在于：实施例一中第一壳体10具有顶壁11，第一顶压件包括穿出顶壁11的顶压柱32；本实施例中，第一壳体10仅由周向侧壁12形成，轴向两侧均开放，对应地，第一顶压件仅包括顶压板31。另外，在其他实施例中，第二顶压件也可以替换为其他形式，例如在第二壳体20内侧设置单独的第二顶压件，第二顶压件也采用实施例一中第一顶压件的结构。

在上述实施例中，预紧弹簧70为一只套设在顶压柱32上的螺旋弹簧，在其他实施例中，预紧弹簧70也可以设置两只以上，各预紧弹簧70围绕顶压柱32均匀布置。另外，在其他实施例中，弹性预紧件也可以替换为其他形式，例如片簧或者弹性垫。

在上述实施例中，芯片防护孔44的形状与压阻芯片51适配，能够实现压阻芯片51在垂直于轴向的方向的定位。在其他实施例中，压阻芯片51也可以通过其他形式实现定位，例如粘接定位，或者在压阻芯片51与芯片防护孔44的孔壁之间设置径向支撑件实现定位。

在上述实施例中，电阻防护腔45在中间隔热板42的侧面上形成开口46，在其他实施例中，电阻防护腔45也可以是周向封闭结构，仅轴向设置电阻安装口。

在上述实施例中，第一防护板、第二防护板均为氧化铝板，在其他实施例中，防护板也可以选用其他材质，例如氧化锆、氮化硅等。

最后需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括第一顶压件、第二顶压件和压阻芯片；

压力传感器具有轴向，该轴向与压力传感器使用时的受压方向一致；

所述压阻芯片在轴向上位于第一顶压件、第二顶压件之间；

第一顶压件、第二顶压件可沿轴向相对运动，以将压力传递给压阻芯片；

第一顶压件、第二顶压件之间还设有第一隔热板和第二隔热板；

第一隔热板靠近第一顶压件设置，用于承受第一顶压件传递的压力；

第二隔热板靠近第二顶压件设置，用于承受第二顶压件传递的压力；

所述压阻芯片以以下三种方式的任一方式设置：

方式一，第一隔热板和第二隔热板之间设有中间隔热板，中间隔热板上设有芯片防护孔，压阻芯片设置在芯片防护孔中，压阻芯片的轴向尺寸大于芯片防护孔的轴向尺寸以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间；

方式二，所述第一隔热板靠近第二隔热板的一侧或第二隔热板靠近第一隔热板的一侧设有芯片防护槽，压阻芯片设置在芯片防护槽中，压阻芯片的轴向尺寸大于芯片防护槽的深度以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间；

方式三，所述第一隔热板和第二隔热板相互靠近的一侧分别设有第一芯片防护槽和第二芯片防护槽，第一芯片防护槽和第二芯片防护槽相向布置；所述压阻芯片的轴向一端设置在第一芯片防护槽内，另一端设置在第二芯片防护槽内，压阻芯片的轴向尺寸大于第一芯片防护槽和第二芯片防护槽的深度之和以使得压阻芯片支撑在第一隔热板和第二隔热板之间。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括与所述压阻芯片串联的串联电阻，相应的第一隔热板、第二隔热板和/或中间隔热板上设有独立的电阻防护腔，所述串联电阻设置在电阻防护腔中。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻防护腔设置在相应的第一隔热板、第二隔热板和/或中间隔热板的边缘位置，电阻防护腔在第一隔热板、第二隔热板和或中间隔热板的边缘形成开口，所述开口供相应的导线引出。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括壳体，所述壳体内设有安装腔，所述第一隔热板、第二隔热板均设置在安装腔内。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述壳体包括第一壳体与第二壳体，所述第一壳体与第二壳体沿轴向分布；

第一壳体具有顶壁和周向侧壁，周向侧壁背向顶壁的一侧设有安装口，所述第二壳体封堵在安装口上，所述第二顶压件由第二壳体构成。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括弹性预紧件，弹性预紧件用于使第一顶压件与第二顶压件之间产生相向预紧力，相向预紧力用于使压阻芯片的轴向两端与第一隔热板和第二隔热板保持接触。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述第一顶压件包括顶压板和顶压柱；

顶压板，设置在所述壳体内的安装腔中，位于第一隔热板背向第二隔热板的一侧；

顶压柱，固定在顶压板背向第一顶压件的一侧，顶压柱的顶端伸出第一壳体的顶壁；

弹性预紧件为套设在所述顶压柱上的预紧弹簧，所述预紧弹簧设置在第一壳体的顶壁与所述顶压板之间。

8.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第一隔热板和第二隔热板的形状与安装腔的横截面形状适配，第一隔热板和第二隔热板沿垂直于轴向的方向定位在安装腔中。

9.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述安装腔的腔壁上设有导线引出口，导线引出口供相应的导线引出的壳体外部。

10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的压力传感器，其特征在于，对于方式一，所述芯片防护孔的形状与压阻芯片适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在芯片防护孔中；

对于方式二，芯片防护槽的形状与压阻芯片适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在芯片防护槽中；

对于方式三，第一芯片防护槽和第二的芯片防护槽的至少一个的形状与压阻芯片的对应端适配，所述压阻芯片沿垂直于轴向的方向定位设置在第一芯片防护槽和/或第二芯片防护槽中。

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