專利名稱：可增強電極板穩定性的電容薄膜式壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械設計和真空計量技術領域，具體涉及一種電容薄膜式壓力傳感器。
背景技術：
在文獻“國內電容薄膜式壓力變送器發展現狀，《上海計量測試》，2002年第I期，第33頁 34頁”中，介紹了一種電容薄膜壓力傳感器的結構。如圖I所示為該電容薄膜壓力傳感器的結構示意圖，該結構包括兩個氣室，待測氣室a和參考氣室b，其中氣室a由底架c以及薄膜e構成，氣室b由薄膜e，機架f以及頂架g構成，這兩個氣室是互相隔離的。電極板d安裝在參考氣室中，一般由陶瓷材料制造而成。薄膜e —般由柔韌可變形的不銹鋼或合金材料制造而成。底架C、薄膜e、機架f、頂架g都由金屬材料構成,一般通過焊接連結到一起，并實現密封。孔m為參考氣室a的進氣孔、孔η為待測氣室b的抽氣孔。電極p 為電極板測量信號的引出。h是一個彈性單元，其作用是用來固定電極板的位置，從而保證電極板與薄膜的間距穩定，h是一個波浪形墊片，即一個在軸向方向上有波浪形彎曲的金屬環形墊片。薄膜與電極板構成了一個電容器，工作原理為通過兩氣室的壓差變化使薄膜變形從而獲得不同的電容值即為測量信號。機械振動和熱沖擊是影響電容壓力傳感器加工和使用的主要因素，電容薄膜壓力傳感器在制造和使用過程中的機械振動和熱沖擊會使機架體發生形變，從而導致電極板與薄膜之間標稱間距的變化而影響測量精度。如圖2所示為電容薄膜式壓力傳感器的機架體受機械振動或熱沖擊影響下的變形示意圖，電容薄膜式壓力傳感器在受到機械振動后或熱沖擊冷卻后，傳感器的部分結構如機架體會發生形變。機架體發生形變后會影響到固定在其上的電極板，從而導致電極板與薄膜間的公稱距離發生變化，影響到測量精度。電極板與薄膜之間的標稱間距非常重要，上述電容薄膜壓力傳感器防止標稱間距變化的結構為彈性元件h。雖然電極板通過彈性單元h固定安裝在了傳感器中，但是隨著長時間使用，彈性元件的老化、機械震動、尤其是熱沖擊造成的電容壓力傳感器的熱變形，會使電極與薄膜之間的標稱間距還會產生一些較小的變化，而且還會使電極板還產生一些較小的位移，影響了測量精度。

發明內容
本發明的目的是提供一種抗熱變形的電容傳感器，克服現有技術的不足之處，能夠可靠而且在長期使用穩定維持電極板的位置。本發明的技術方案是一種可增強電極板穩定性的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，它包括頂蓋、機架、底架、電極板、電極板導線、陶瓷焊料、薄膜、轂和輻；頂蓋為圓形，其上開有兩個通孔，一個為進氣孔，另一個為電線引出口 ；機架為空心圓環結構，其外徑與頂蓋以及薄膜的直徑相等，頂蓋焊接在機架的上端面，薄膜焊接在機架的下端面，頂蓋與薄膜將機架封閉為待測氣室；
底架為圓形，其中央位置開有通孔，通孔為抽氣孔，底架的上表面設有環形凸臺，環形凸臺的外徑等于薄膜的直徑，底架通過其上的環形凸臺與薄膜的邊緣焊接；轂的中心開有通孔，輻上設有凹槽，輻的一端固定在轂的外圓周，一端固定在機架的內側壁，轂和輻距頂蓋的下表面間留有縫隙；電極板為圓形，其上表面中心位置有一向上凸起的電極板支柱，電極板支柱的直徑小于轂的中心通孔的內徑，電極板支柱通過陶瓷焊料焊接在轂的中心通孔中，電極支柱的上端面與轂的上端面平齊，電極板懸掛于待測氣室中；電極板導線一端與電極板連接，另一端通過頂蓋上的電線引出口引出，并在電線引出口處通過陶瓷焊料密封；
頂蓋、機架、底架與薄膜均采用相同的金屬材料，轂與輻的所選用材料的熱膨脹系數低于頂蓋、機架和底架材料的熱膨脹系數。有益效果(I)溫度變化通常會影響到傳感器的精度，尤其是具有不同熱膨脹系數的金機架和陶瓷電極板的傳感器，本發明中，電極板通過轂與輻與機架連結，在待測氣室中呈懸空狀態，這種方式比機械固定更加可靠而且在長期使用中能維持電極板的位置穩定;(2)輻上開有的凹槽結構，可消除應力并能夠吸收機架受到機械振動和熱沖擊產生的變形能量；(3)本發明使用具有較小熱膨脹系數材料制造的轂和輻結構，受到機架的熱沖擊及機械振動影響較小；(4)結構較為簡單，易于實現安裝。


圖I為背景技術中介紹的一種電容薄膜壓力傳感器的結構圖；圖2為背景技術中架體在機械振動和熱沖擊下的變形示意圖；圖3為本發明的結構示意圖；圖4為圖3的俯視圖。其中，I-頂蓋、2-機架、3-底架、4-電極板、5-電極板導線、6-電線引出口、7-薄膜、8-轂、9-輻、10-進氣孔、11-抽氣孔、12-凹槽。
具體實施例方式參見附圖3、4，一種可增強電極板穩定性的電容薄膜式壓力傳感器，它包括它包括頂蓋I、機架2、底架3、電極板4、電極板導線5、陶瓷焊料、薄膜7、轂8和輻9 ；頂蓋I為圓形，其上開有兩個通孔，一個為進氣孔10，另一個為電線引出口 6 ；機架2為空心圓環結構，其外徑與頂蓋I以及薄膜7的直徑相等，頂蓋I焊接在機架2的上端面，薄膜7焊接在機架2的下端面，頂蓋I與薄膜7將機架2封閉為待測氣室；底架3為圓形，其中央位置開有抽氣孔11，底架3的上表面設有環形凸臺，環形凸臺的外徑等于薄膜7的直徑，底架3通過其上的環形凸臺與薄膜7焊接；轂8的中心開有通孔，輻9的數量為三條，三條輻9等間距的分布在轂8的外圓周，在輻9上設有凹槽12，凹槽12可減小機械振動和熱沖擊時機架I的變形，從而減小對電極板造成的位移和保持電極板4的水平，每條輻9上的凹槽12有兩個，兩個凹槽結構10的開口方向相對，分別位于福9的1/2處和1/4處；福9的一端固定在轂8的外圓周,一端固定在機架2的內壁，轂8和輻9距頂蓋I的下表面間留有縫隙；電極板4為圓形，其中心位置有一向上凸起的電極板支柱，電極板支柱的直徑小于轂8的中心通孔的內徑，電極板支柱通過陶瓷焊料焊接在轂8的中心通孔中，電極支柱的上端面與轂8的上端面平齊，電極板4懸掛于待測氣室中；電極板導線5 —端與電極板4連接，另一端通過頂蓋I上的電線引出口 6引出，并在電線引出口 6處通過陶瓷焊料密封；
頂蓋I、機架2、底架3與薄膜7均采用一致的金屬材料，轂8與輻9的熱熱膨脹系數低于頂蓋I、機架2和底架3的熱膨脹系數，電極板5采用陶瓷材料，陶瓷焊料4的熱膨脹系數低于電極板5的熱膨脹系數。為方便對本裝置進行抽氣、進氣，在進氣孔10與抽氣孔11處，分別設置擋板。本發明相較背景技術中的傳感器，薄膜7選用與機架I同種材料制造的好處是與機架I具有相同的熱膨脹系數，可減小機架體變形對薄膜7的影響。具有轂8和輻9的電極板固定結構，可減小這一影響帶來的電極板位移，通過選用較小熱膨脹系數材料制造的輻9和輻9上的凹槽12可有效抵消或吸收機架體變形造成的位移。當機架I受到機械振動和熱沖擊變形時，輻上的凹槽12能夠吸收一定的變形能量，而具有較小熱膨脹系數材料制造的輻9在機架I受熱變形時，由于其熱膨脹系數較低，變形量小，可抵消部分機架I發生的位移。同樣輻9由于材料的熱膨脹系數與機架I不同，冷卻和收縮的速率也不同，因此機架I遇冷收縮的快，機架體傾向于收縮到其中心孔直徑比電極板支柱直徑小的位置，但是由于輻9收縮慢的原因，機架I的收縮就會被阻礙，低熱膨脹系數的輻9產生一個外壓力，這種阻礙力最終使傳感器在穩定狀態下恢復到正常結構。因此采用了具有低熱膨脹系數材料的輻9結構，抵消了這種收縮變形趨勢，保證了電極板的穩定性從而保證了制造后公稱距離一定。
權利要求
1.一種可增強電極板穩定性的電容薄膜式壓力傳感器，其特征是，它包括頂蓋(I)、機架(2)、底架(3)、電極板(4)、電極板導線(5)、陶瓷焊料、薄膜(7)、轂(8)和輻(9)； 所述頂蓋(I)為圓形，其上開有兩個通孔，一個為進氣孔(10)，另一個為電線引出口(6)； 所述機架(2)為空心圓環結構，其外徑與所述頂蓋(I)以及所述薄膜(7)的直徑相等，所述頂蓋(I)焊接在所述機架(2)的上端面，所述薄膜(7)焊接在機架(2)的下端面，所述頂蓋(I)與所述薄膜(7)將所述機架(2)封閉為待測氣室； 所述底架(3)為圓形，其中央位置開有通孔，所述通孔為抽氣孔(11)，所述底架(3)的上表面設有環形凸臺，所述環形凸臺的外徑等于所述薄膜(7 )的直徑，所述底架(3 )通過其上的環形凸臺與所述薄膜(7)的邊緣焊接； 所述轂(8)的中心開有通孔，所述輻(9)上設有凹槽(12)，所述輻(9)的一端固定在所述轂(8)的外圓周，一端固定在所述機架(2)的內側壁，所述轂(8)和輻(9)距頂蓋(I)的下表面間留有縫隙； 所述電極板(4)為圓形，其上表面中心位置有一向上凸起的電極板支柱，所述電極板支柱的直徑小于所述轂(8)的中心通孔的內徑，所述電極板支柱通過所述陶瓷焊料焊接在所述轂(8)的中心通孔中，所述電極支柱的上端面與所述轂(8)的上端面平齊，所述電極板(4)懸掛于所述待測氣室中； 所述電極板導線(5)—端與所述電極板(4)連接，另一端通過所述頂蓋(I)上的電線引出口( 6 )引出，并在所述電線引出口( 6 )處通過所述陶瓷焊料密封； 所述頂蓋(I)、機架(2)、底架(3)與薄膜(7)均采用相同的金屬材料，所述轂(8)與輻(9)的所選用材料的熱膨脹系數低于所述頂蓋(I)、機架(2)和底架(3)材料的熱膨脹系數。
2.如權利要求I所述的一種抗熱變形的電容傳感器，其特征是，所述電極板(5)采用陶瓷材料，所述陶瓷焊料(4)的熱膨脹系數低于所述電極板(5)的熱膨脹系數。
3.如權利要求I或2所述的一種抗熱變形的電容傳感器，其特征是，每條所述輻(9)上的凹槽(12)有兩個，兩個所述凹槽(12)的開口方向相對，分別位于所述輻(9)的1/2處和1/4 處。
4.如權利要求I或2所述的一種抗熱變形的電容傳感器，其特征是，所述輻(9)的數量為三條，三條輻(9)等間距的分布在所述轂(8)的外圓周。
5.如權利要求I或2所述的一種抗熱變形的電容傳感器，其特征是，在所述進氣孔(10)與抽氣孔(11)處，分別設置擋板。
全文摘要
本發明屬于機械設計和真空計量技術領域，具體涉及一種電容薄膜壓力傳感器。一種可增強電極板穩定性的電容薄膜式壓力傳感器，它包括頂蓋(1)、機架(2)、底架(3)、電極板(4)、電極板導線(5)、陶瓷焊料、薄膜(7)、轂(8)和輻(9)；所述頂蓋(1)與所述薄膜(7)將所述機架(2)封閉為待測氣室；電極板(5)通過轂(8)和輻(9)安裝于待測氣室中，具有較小熱膨脹系數材料制造的輻(9)在機架(1)變形時，由于其熱膨脹系數較低，變形量小，可抵消部分機架(1)發生的位移，從而可靠而且在長期使用穩定維持電極板(4)的位置。
文檔編號G01L9/12GK102944352SQ20121045026
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者馬奔, 馮焱, 李得天, 董猛, 孫雯君, 管保國 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所