[發(fā)明專利]硅電容壓力傳感器提高過載能力的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910010195.7
• 申請日: 2009-01-21
• 公開（公告）號: CN101476960A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治國;李穎;張娜;匡石;劉劍
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽儀表科學(xué)研究院
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12;G01L1/14
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 崔紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器制造，一種提高硅電容壓力傳感器過載能力的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

電容差壓傳感器是一種新型的差壓、壓力傳感器，其核心檢測部件把外加的兩個(gè)不同壓力信號轉(zhuǎn)換為各個(gè)相應(yīng)的電容變化，后部檢測電路則把電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號，對該電信號進(jìn)行處理檢測就可以得到外加壓力值。

壓力傳感器通常是工作在規(guī)定的量程范圍內(nèi)。但在實(shí)際現(xiàn)場工作環(huán)境中，或者是工作環(huán)境的具體條件要求，或者是傳感器安裝時(shí)意外情況的出現(xiàn)，可能導(dǎo)致壓力傳感器的加壓力超過傳感器量程范圍。對較高量程的傳感器來說，壓力傳感器過載時(shí)候受到的壓力相對較高，這種情況對壓力傳感器的過載能力是比較嚴(yán)酷的。按要求壓力傳感器不能損壞或者性能變差，所以為應(yīng)付這種實(shí)際情況，要求壓力傳感器必須有一定的抗過載能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，利用成熟的硅微機(jī)械加工及腐蝕技術(shù)，在玻璃的固定極板上加工出限位結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。

這種提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，采用陽極鍵合工藝將玻璃的上固定極板、硅中心極板和玻璃的下固定極板組裝而成，其特征在于玻璃的上、下固定極板相對內(nèi)側(cè)腐蝕區(qū)預(yù)留出限位點(diǎn)，可動(dòng)電極與限位點(diǎn)端面之間有間隙；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng)電極不會(huì)碰到限位點(diǎn)，當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后，可動(dòng)電極由于位移加大，會(huì)與限位點(diǎn)接觸，此時(shí)存在于可動(dòng)電極和玻璃的固定上、下極板之間的兩個(gè)電容發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測出兩電容的這種變化，實(shí)現(xiàn)對外加壓力的測量；如果外加壓力再增加，則可動(dòng)電極由于被限位點(diǎn)抵住而不再發(fā)生移動(dòng)，從而限位點(diǎn)的存在實(shí)現(xiàn)了對可動(dòng)電極的過載限位保護(hù)。

本發(fā)明提出的硅電容壓力傳感器過載限位設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案未見到公開報(bào)道。

當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后出現(xiàn)過載時(shí)候，本發(fā)明采用下極板中的限位點(diǎn)限制電容極板中的可動(dòng)極板位移量的辦法，并且設(shè)計(jì)硅中心極板的可動(dòng)電極的過載時(shí)受到的集中應(yīng)力可以小于硅極板的極限應(yīng)力，從而保證了過載時(shí)傳感器不被壓力損壞，同時(shí)滿足調(diào)整靈敏度和過載限位保護(hù)的矛盾要求。

附圖說明

圖1本發(fā)明硅電容壓力傳感器示意圖；

圖2是硅電容壓力傳感器裝配前多層結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

硅電容壓力傳感器提高過載能力的方法，采用陽極鍵合工藝將玻璃的上固定極板、硅中心極板和玻璃的下固定極板組裝而成，如圖1所示，其特征在于由上至下為玻璃的上固定極板1、硅中心極板2、玻璃的下固定極板3，玻璃的上固定極板1和玻璃的下固定極板3為相同結(jié)構(gòu)，玻璃的上、下固定極板1、3中有限位點(diǎn)8及槽底的金屬電極9，通過硅中心極板2中的可動(dòng)電極6的實(shí)現(xiàn)過載限位；當(dāng)外加工作壓力通過導(dǎo)壓引出電極孔4作用于可動(dòng)電極6處，導(dǎo)致可動(dòng)電極6在外加壓力下發(fā)生位移，此時(shí)存在于可動(dòng)極板6和上、下固定極板1、3之間的兩個(gè)電容C1、C2發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測出第一電容C1、第二電容C2的這種變化，實(shí)現(xiàn)對外加壓力的測量；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng)極板6不會(huì)碰到限位點(diǎn)8，當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后，中心可動(dòng)極板6由于位移加大，會(huì)與限位點(diǎn)8接觸，如果這時(shí)外加壓力再增加，則可動(dòng)極板6由于被限位點(diǎn)8抵住而不再發(fā)生移動(dòng)，從而限位點(diǎn)8的存在實(shí)現(xiàn)了對可動(dòng)極板6的過載限位保護(hù)。

限位結(jié)構(gòu)：玻璃的上、下固定極板1、3結(jié)構(gòu)相同，相對的各外表面有引出電極5及中心通透的電極孔4，玻璃的上固定極板1和玻璃的下固定極板3相對內(nèi)側(cè)中心都有的間隙7為玻璃極板腐蝕后形成的槽，槽內(nèi)腐蝕區(qū)有預(yù)留出的突出的限位點(diǎn)8、槽底有金屬電極9，槽的深度則根據(jù)傳感器的輸出靈敏度要求具體確定。限位點(diǎn)8勻布在電極孔4的圓周外，其上端面與上、下固定極板1、3表面處于同一平面。

圖2中可見硅中心極板2和其中心中的可動(dòng)電極6，采用腐蝕技術(shù)將硅中心極板2兩面對稱減薄厚度，加工后的中心區(qū)即是可動(dòng)電極6，會(huì)隨壓力膨起或凹陷，組裝后與上、下極固定板1、3的限位點(diǎn)8均有間隙。