CN216954940U - 一种新型电容压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于压力传感器技术领域，具体提供了一种新型电容压力传感器，包括：外壳体、内壳体、压力感应元件、电路模块、上端盖、插针和连接线；内部电路被绝缘和高防水的灌封胶包裹，省去了在内壳体和上端盖的泄露缝隙处设置O型圈或者施加密封胶等工序，防水等级可达IP69，避免了传感器在腐蚀性、脏污、含水汽等潮湿环境下使用时，因进水导致的传感器内部电路短路的风险，防水性能优异，总体绝缘性能远高于商用空调家电等领域的交流1800V的耐压要求，在保有绝缘性能的同时省去了现有压力传感器内部设置绝缘纸和底部边缘设置绝缘垫圈的繁琐结构，省去了绝缘纸卷制的人工成本和绝缘垫圈的加工成本。

Description

一种新型电容压力传感器

技术领域

本实用新型属于压力传感器技术领域，具体涉及一种新型电容压力传感器。

背景技术

压力传感器的电压输出精度容易受到其自身和外部电子产品的电磁干扰和导电流体影响，压力传感器在工作过程中由于设备启停、电网冲击、故障或雷击等因素可能产生超出正常工作电压的瞬间过电压，而压力传感器的调理电路与外壳接通，电源与调理电路、外壳之间形成一个导电通路后，当瞬间过电压通过该导电通路时，调理电路和压力检测部件会被击穿，导致压力传感器易失效。目前家电行业普遍要求产品电接头插针与外壳之间耐绝缘性能至少达到交流1800V，历时1S无击穿，为了达到此要求，在现有压力传感器大多在内部设置金属屏蔽罩结构，外部为铆压折弯部压紧电气接头，由于都采用的是金属壳体，外金属壳体和内屏蔽罩金属壳体为了避免直接导通，其中间间隙处使用绝缘纸包裹，增加了绝缘纸卷制成圆筒形结构的人力成本，底部边缘则采用耐高温耐腐蚀且绝缘的热塑性固体材料，使用CNC加工或者注塑方案也相应增加了材料成本和装配此零件的人工成本。此外，现有传感器在金属与电接头铆接连接位置会出现泄露缝隙，水汽容易进入，需要在此设O型圈或者施加密封胶，又增加了相应的材料成本和人工成本。

图1是一种现有的压力传感器，其电气连接方式由标准的连接件21(端钮)和对插件22快速对插连接，防水等级一般为IP65，此防水等级在腐蚀、脏污、水汽等潮湿环境下极易出现内部进水，导致内部电路短路，使压力传感器失效。且现有的压力传感器的标准的连接件21和对插件22均增加了零件成本。

因此，本实用新型提供了一种具有优良的机械性能，生产成本低，耐高温、耐腐蚀、高防水、高绝缘的新型电容压力传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有压力传感器技术中生产成本高，压力传感器易失效的问题。

为此，本实用新型提供了一种新型电容压力传感器，包括：外壳体、内壳体、上端盖和连接线；其中，所述内壳体内设有第二容置腔，所述第二容置腔内由下至上依次安装有压力感应元件和电路模块，所述内壳体底部开设有与所述第二容置腔贯通的内壳体通孔；所述上端盖与所述第二容置腔的开口相配合，将压力感应元件和电路模块封装在所述第二容置腔内；所述上端盖的顶部设有插针，所述插针顶端与所述连接线焊接，底端与所述电路模块相连；所述外壳体内设有第一容置腔，所述内壳体安装在所述第一容置腔内；所述第一容置腔内灌注有灌封胶，将所述内壳体和所述上端盖封装在所述第一容置腔内；所述外壳体底部开设有与所述内壳体通孔相连通的外壳体通孔。

具体的，上述第二容置腔与所述压力感应元件接触的底面上开设有凹槽；所述凹槽内安装有密封圈，所述密封圈与所述压力感应元件相接触。

具体的，上述内壳体通孔包括相互贯通的第一通孔和第二通孔；所述第二通孔与所述外壳体通孔相连通；所述第二通孔孔径大于所述第一通孔孔径，且所述第一通孔与所述外壳体通孔不同轴。

具体的，上述外壳体底部设有空腔；所述空腔顶面设有开口，所述开口与所述外壳体通孔相连通；所述空腔顶部设有向下凸出的顶针。

具体的，上述内壳体外部和所述第一容置腔内设有相互配合的螺纹，所述内壳体通过所述螺纹安装在所述第一容置腔内。

具体的，上述压力感应元件为陶瓷电容压力感应元件；所述电路模块为FPC柔性调理电路模块。

具体的，上述外壳体为聚酰亚胺外壳体、玻纤增强PBT外壳体或玻纤增强PPS外壳体。

具体的，上述内壳体为金属内壳体。

具体的，上述连接线外包裹有绝缘层。

具体的，上述灌封胶没过所述插针和所述连接线的焊接点，且覆盖所述连接线下端0.4-1cm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型提供的这种新型电容压力传感器生产成本低，防水性能优异，绝缘强度良好，在腐蚀性、脏污、含水汽等潮湿环境下不易失效。

(2)本实用新型提供的这种新型电容压力传感器外壳体可选用聚酰亚胺、玻纤增强PBT或玻纤增强PPS制备，使其机械强度优异，并具有耐高温、耐腐蚀、绝缘性能；FPC柔性调理电路模块通过金属内壳体的内壁接地处理，使其内部产生的电磁场终止于金属内壳体内，金属内壳体的外表面抵抗外部产生的电磁干扰，FPC柔性调理电路模块与陶瓷电容压力感应元件连接，当电路中产生的瞬时大电流或者大电压通过插针流经FPC柔性调理电路模块、陶瓷电容压力感应元件、金属内壳体后，流至外壳体，外壳体的绝缘特性阻止电路继续导通，此外，外壳体与内壳体侧壁间隙处还有绝缘的灌封胶，当灌封胶选用环氧树脂且间隙处环氧树脂厚度在0.8-1mm时，击穿场强高达35KV/mm，其总体绝缘性能远远高于商用空调家电等领域的交流1800V的耐压要求。

(3)本实用新型提供的这种新型电容压力传感器取消了现有压力传感器内部设置绝缘纸、底部边缘设置绝缘垫圈的繁琐结构，在保有绝缘性能的同时省去了绝缘纸卷制的人工成本和绝缘垫圈的加工成本；本实用新型提供的传感器内部电路完全被绝缘和高防水的灌封胶包裹，省去了在内壳体和上端盖的泄露缝隙处设置O型圈或者施加密封胶等工序，防水等级可达IP69，避免了传感器在腐蚀性、脏污、含水汽等潮湿环境下使用时，因进水导致的传感器内部电路短路的风险；此外，由于灌封胶的强附着力，当其固化后会与外壳体和内壳体粘接，具有优良的力学性能，在低压应用中甚至可以不依靠外壳体和内壳体上相配合的螺纹的锁紧力将内壳体固定安装在外壳体内；外壳体上端容纳腔的灌封胶结构还增强了传感器的耐压性能和耐***性能。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种现有压力传感器的结构示意图。

图2是本实用新型提供的新型电容压力传感器的剖面示意图。

图3是本实用新型提供的新型电容压力传感器的外壳体结构示意图。

图4为本实用新型提供的新型电容压力传感器的外壳体仰视图。

图5为本实用新型提供的新型电容压力传感器的内壳体的结构示意图。

图6为本实用新型提供的新型电容压力传感器的上端盖和插针的外部结构示意图。

图7为本实用新型提供的新型电容压力传感器的压力感应元件外部结构示意图。

图8为本实用新型提供的新型电容压力传感器的主体结构***图。

附图标记说明：1、外壳体；2、第一容置腔；3、外壳体通孔；4、顶针；5、空腔；6、螺纹；7、内壳体；8、第二容置腔；9、第一通孔；10、第二通孔；11、凹槽；12、压力感应元件；13、电路模块；14、上端盖；15、插针；16、连接线；17、灌封胶；18、密封圈；19、凸形卡口；20、卡槽；21、连接件；22、对插件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经详细描述了本实用新型的代表性实施例，但是本实用新型所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本实用新型范围的情况下可以对本实用新型进行各种修改和改变。因此，本实用新型的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指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，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

参照图2和图8，本实用新型提供了一种新型电容压力传感器，包括：外壳体1、内壳体7、上端盖14和连接线16；其中，所述内壳体7内设有第二容置腔8，所述第二容置腔8内由下至上依次安装有压力感应元件12和电路模块13，所述内壳体7底部开设有与所述第二容置腔8贯通的内壳体通孔；所述上端盖14与所述第二容置腔8的开口相配合，将压力感应元件12和电路模块13封装在所述第二容置腔8内；所述上端盖14的顶部设有插针15，所述插针15顶端与所述连接线16焊接，底端与所述电路模块13相连；所述外壳体1内设有第一容置腔2，所述内壳体7安装在所述第一容置腔2内；所述第一容置腔2内灌注有灌封胶17，将所述内壳体7和所述上端盖14封装在所述第一容置腔2内；所述外壳体1底部开设有与所述内壳体通孔相连通的外壳体通孔3。

进一步地，第二容置腔8与所述压力感应元件12接触的底面上开设有凹槽11；所述凹槽11内安装有密封圈18，所述密封圈18与所述压力感应元件12相接触。可通过控制凹槽11深度来控制密封圈18的压缩量。凹槽11优选为环形，密封圈18优选为O型圈，材质采用抗腐蚀、抗撕裂、耐磨、抗压缩变形、耐高低温且绝缘的HNBR，密封圈18的压缩量在20％至25％之间，使其具有更好的密封效果。

如图5所示，内壳体通孔包括相互贯通的第一通孔9和第二通孔10；第二通孔10与外壳体通孔3相连通；第二通孔10孔径大于第一通孔9孔径，且第一通孔9与外壳体通孔3不同轴。当电容压力传感器用于空调等会产生高压流体介质的场所时，流体通过外壳体通孔3依次进入第一通孔9和第二通孔10，由于第一通孔9与外壳体通孔3不同轴，第二通孔10可作为缓冲区，避免高压流体在竖直方向直接作用于第一通孔9上方的压力感应元件12，造成压力感应元件12的损坏。

进一步地，参照图3和图4，外壳体1底部设有空腔5，在空腔5顶面设有与外壳体通孔3相连通的开口，保持外壳体通孔3与外界的连通。为了便于电容压力传感器的安装固定，空腔5顶部还设有向下凸出的顶针4，顶针4可设计为与空腔5同轴的实心圆柱体。当电容压力传感器安装于空调上时，利用顶针4顶开对接处注氟嘴(充注阀)的气门芯，开启冷媒流经压力传感器的通道。当需要拆换压力传感器时，关闭注氟嘴(充注阀)的气门芯，将冷媒通道闭合，即可阻止管道内部冷媒溢出。

如图3和图5所示，内壳体7外部和第一容置腔2内设有相互配合的螺纹6，内壳体7通过螺纹6安装在第一容置腔2内。螺纹6可采用细牙螺纹，直径优选为M15。螺纹6的连接结构避免了灌封胶17从外壳体1和内壳体7连接位置流出。此外，当外部介质依次通过外壳体通孔3和内壳体通孔时，由于细牙螺纹的密封，介质只有少部分会渗透到外壳体1和内壳体7的侧壁间隙处，而由于第一容置腔2内固化的灌封胶17的密封作用，避免了渗透的介质进入电路结构中，故此处无需再设置O型圈即可保证压力传感器内部的密封性。

在细化的实施方式中：压力感应元件12为陶瓷电容压力感应元件，优选采用96％的陶瓷材质制作而成，具有强抗腐蚀性、耐冲击性、高弹性等优异特性，同时陶瓷电容极高的热稳定性使它工作范围可以-40℃至135℃陶瓷电容压力传感器工作时，压力直接作用在陶瓷电容压力感应元件的感应膜片上，基座电极与膜片电极间的电容量变化与压力成比例关系。过载时，膜片抵在基座上而不会破损，当压力恢复时，其性能不会受到任何影响，解决了传统压力感应膜片低量程过载失效的缺点；

电路模块13为FPC柔性调理电路模块，其基材采用具有较好耐折弯性能的有机高分子材料PI聚酰亚胺，其耐高温在400℃以上，可长期使用的温度范围在-200℃至300℃，石墨和玻璃纤维增强的聚酰亚胺抗弯强度可达到345MPa，使得FPC柔性调理电路模块具有高绝缘性能；

外壳体1为聚酰亚胺外壳体、玻纤增强PBT外壳体或玻纤增强PPS外壳体，优选采用耐高温、耐腐蚀、高绝缘的聚酰亚胺制备，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上，长期使用温度范围为-200～300℃，具有优良的机械性能，拉伸强度大于100MPa，20℃时弯曲强度大于170MPa，介电强度高达300KV/mm，属F至H级绝缘。除此之外，外壳体1还可采用增加20-40％的玻纤增强的改性PBT，其耐高温、阻燃、机械强度高，耐疲劳性好，电气绝缘优异。具备耐高温、耐机械冲击，电绝缘性能的玻纤增强PPS也能满足外壳体1要求；

内壳体7优选由具备抗电磁屏蔽性能的金属材料制成，黄铜、SUS304、SUS316、铝合金、碳钢等制备的内壳体7可满足要求；

上端盖14采用PEE+PA+GF30％或PBT+GF30％制备，两种材质均耐腐蚀和高温，且增加30％的玻纤后具有更优异的机械性能；

插针15采用焊接性能和导电良好的磷铜表面镀锡，优选的，插针15与上端盖14为一体封塑结构；

灌封胶17为环氧树脂、有机树脂、室温硫化硅胶、聚酰胺或聚氨酯热熔胶等；

连接线16为输出信号线、5V供电线、接地线。

一个优化的实施方式中，新型电容压力传感器包括：外壳体1、内壳体7、陶瓷电容压力感应元件、FPC柔性调理电路模块、上端盖14和连接线16。

其中，内壳体7采用耐腐蚀性能强、导电性能好且易于铆接的黄铜材质，表面钝化处理，既保留其导电性能，又增强了其耐腐蚀和抗氧化的能力。内壳体7内设有壁厚为0.6-0.8mm的第二容置腔8，内壳体7底部开设有与第二容置腔贯8通的内壳体通孔，通孔直径1.6mm，当高压气体通过内壳体通孔时，由于其形成的横截面积很小，根据压力计算公式：压力等于压强乘以横截面积，此时对陶瓷电容压力感应元件的感应膜片的力在感应膜片能承受的范围内。如图5所示，第二容置腔8顶边向内弯折形成壁厚减薄的弯折部，既满足了压力传感器的耐***性能，又有利于后续铆接折弯。在内壳体7外部与外壳体1安装连接的部位设置有细牙螺纹，螺纹直径为M15。

陶瓷电容压力感应元件和FPC柔性调理电路模块由下至上依次安装于第二容置腔8内；第二容置腔8与陶瓷电容压力感应元件接触的底面上开设有环形的凹槽11；凹槽11内安装有与陶瓷电容压力感应元件相接触的O型圈。

上端盖14顶部设有三个与上端盖14一体注塑成型的插针15，插针15露出上端盖14表面3-5mm，在与连接线16焊接之前，可先通过专用弹簧式对插接头与三个插针15上端接触导通实现批量标定和检测功能。将上端盖14扣压在FPC柔性调理电路模块上，使插针15底端与FPC柔性调理电路模块连接。参照图6和图7，上端盖14侧边开设凸形卡口19，陶瓷电容压力感应元件侧边开设有与凸形卡口19相互匹配的卡槽20，使用上端盖14将陶瓷电容压力感应元件和FPC柔性调理电路模块封装在内壳体7的第二容置腔8内时，上端盖14与陶瓷电容压力感应元件形成一个整体，在内壳体7的折弯部铆紧后不会出现转动的风险，避免了后续通过上端盖14的顶部或者内壳体7上边缘定位拧紧螺纹，将内壳体7装配进外壳体1时内壳体7内部跟随旋转转动。

外壳体1外形如图4所示呈外六角形，六角形对边距离为26mm-27mm，外壳体1内设有第一容置腔2，第一容置腔2侧壁厚度为0.8mm-1mm，采用耐高温、耐腐蚀、高绝缘的聚酰亚胺材质。第一容置腔2内安装连接内壳体7的部位设有与内壳体7外部细牙螺纹相配合的细牙螺纹。外壳体1底部开设有与内壳体通孔相连通的外壳体通孔3。

当标定和检测完成后，将插针15顶端与包裹有绝缘层的连接线16进行无铅锡焊，通过螺纹6结构将内壳体7安装在外壳体1内，从外壳体1的上端向第一容置腔2内注入灌封胶17，灌封胶17选用环氧树脂。灌封胶17没过插针15和连接线16的焊接点，且覆盖连接线16下端0.4-1cm，并通过重力作用流至外壳体1与内壳体7的侧壁间隙内。当灌封胶17固化后，压力传感器的内部电路结构完全被耐绝缘和防水性能极好的灌封胶17胶包裹，防水等级可达IP69，避免了腐蚀、脏污、水汽的等潮湿环境下进水，导致传感器内部电路短路的风险。此外，由于灌封胶17的强附着力，当其固化后会与外壳体1和内壳体7粘接，增强了压力传感器的机械强度、抗震性能、耐压性能和耐***性能，在低压应用中甚至可以不依靠螺纹6的锁紧力将外壳体1和内壳体7固定在一起。

由于灌封胶17固化周期较长，当批量灌注时需要留有足够的固化周期，在时间成本和材料成本的双重评估下，也可采用聚酰胺或聚氨酯热熔胶作为灌封胶17，通过低压注塑技术缩短工艺周期。

上述新型电容压力传感器在使用中遭遇电路中产生瞬时大电流或者大电压时，电流或电压通过插针15流经FPC柔性调理电路模块、内壳体7、陶瓷电容压力感应元件，继续流至外壳体1，外壳体1的绝缘特性会阻止电路继续导通。外壳体1上端侧壁厚度为0.8mm-1mm，外壳体1与内壳体7侧壁间隙处绝缘的环氧树脂厚度在0.8-1mm，击穿场强高达35KV/mm，其总体绝缘性能远远高于商用空调家电等领域的交流1800V的耐压要求。新型电容压力传感器取消了现有压力传感器内部设置绝缘纸和底部边缘设置绝缘垫圈的繁琐结构，省去了绝缘纸卷制的人工成本和绝缘垫圈的加工成本。

新型电容压力传感器具体可应用在中央空调***，尤其是应用在变频空调。当冷媒压力作用于陶瓷电容压力感应元件时，陶瓷电容压力感应元件下方的感应膜片感应压力，通过在内部两极板之间发生微小的距离形变，来改变感应膜片内部可变电容的大小，而感应膜片内部的参考电容不变，利用这两个电容的特点，测量两者的比值，陶瓷电容压力感应元件上端的PIN针与FPC柔性调理电路模块一端连接，经过FPC柔性调理电路模块的信号调理产生出随压力变化的比列电压信号输出信号。此输出信号通过FPC柔性调理电路模块中的覆铜小圆孔与插针15下端连接，并通过连接线16传出。金属内壳体的内壁与FPC柔性调理电路模块分出带有覆铜的两个柔性薄平板形引脚接触，由接地线将电场或磁场产生的电荷引入大地，起到防止电磁干扰的作用。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型电容压力传感器，其特征在于，包括：外壳体(1)、内壳体(7)、上端盖(14)和连接线(16)；其中，所述内壳体(7)内设有第二容置腔(8)，所述第二容置腔(8)内由下至上依次安装有压力感应元件(12)和电路模块(13)，所述内壳体(7)底部开设有与所述第二容置腔(8)贯通的内壳体通孔；所述上端盖(14)与所述第二容置腔(8)的开口相配合，将压力感应元件(12)和电路模块(13)封装在所述第二容置腔(8)内；所述上端盖(14)的顶部设有插针(15)，所述插针(15)顶端与所述连接线(16)焊接，底端与所述电路模块(13)相连；所述外壳体(1)内设有第一容置腔(2)，所述内壳体(7)安装在所述第一容置腔(2)内；所述第一容置腔(2)内灌注有灌封胶(17)，将所述内壳体(7)和所述上端盖(14)封装在所述第一容置腔(2)内；所述外壳体(1)底部开设有与所述内壳体通孔相连通的外壳体通孔(3)。

2.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述第二容置腔(8)与所述压力感应元件(12)接触的底面上开设有凹槽(11)；所述凹槽(11)内安装有密封圈(18)，所述密封圈(18)与所述压力感应元件(12)相接触。

3.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述内壳体通孔包括相互贯通的第一通孔(9)和第二通孔(10)；所述第二通孔(10)与所述外壳体通孔(3)相连通；所述第二通孔(10)的孔径大于所述第一通孔(9)的孔径，且所述第一通孔(9)与所述外壳体通孔(3)不同轴。

4.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述外壳体(1)底部设有空腔(5)；所述空腔(5)顶面设有开口，所述开口与所述外壳体通孔(3)相连通；所述空腔(5)顶部设有向下凸出的顶针(4)。

5.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述内壳体(7)外部和所述第一容置腔(2)内设有相互配合的螺纹(6)，所述内壳体(7)通过所述螺纹(6)安装在所述第一容置腔(2)内。

6.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述压力感应元件(12)为陶瓷电容压力感应元件；所述电路模块(13)为FPC柔性调理电路模块。

7.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述外壳体(1)为聚酰亚胺外壳体、玻纤增强PBT外壳体或玻纤增强PPS外壳体。

8.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述内壳体(7)为金属内壳体。

9.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述连接线(16)外包裹有绝缘层。

10.如权利要求1所述的新型电容压力传感器，其特征在于：所述灌封胶(17)没过所述插针(15)和所述连接线(16)的焊接点，且覆盖所述连接线(16)下端0.4-1cm。

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