[發明專利]電容式真空壓力傳感器

無效

• 申請號: 201010202883.6
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN102288360A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 戴德仁
• 申請（專利權）人: 戴德仁
• 主分類號: G01L21/00
• 分類號: G01L21/00;G01L9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器。?

背景技術

眾所周知，利用彈性薄膜結構做成一個可變電容結構，當彈性薄膜片在收到壓力作用的情況下，產生撓曲性的變化，利用其撓曲度的變化，用一個已知和適用的方法結算與壓力變化相適應的電容變化，根據這一原理，人們運用了各種材料制造出了不同結構的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感元件。例如選用硅材料和玻璃襯底，以硅膜片作為壓力感受膜片的壓力傳感元件，在真空運用時，不可能在測量較低壓力時，實現很高的分辨率，而且受環境因素影響也大。為此，人們選用了各種合金或陶瓷材料制造出了各種不同結構的用于真空壓力測量的傳感元件，如美國MKS公司發明生產的，利用合金材料制成一個密封的外殼，內置一塊陶瓷材料的電極板，用一張合金材質的膜片作為壓力感受膜片，且構成了一個可變電容結構，極板和壓力感受膜片間的距離依靠一個壓環彈簧固定，容易產生松動，從而影響了該傳感器元件長期工作的穩定性，而德國萊寶公司發明生產的完全使用陶瓷材料構造的、此類用于真空壓力測量的傳感元件，雖然避免了以上不足，制造出了一種相對固定的可變電容結構。眾所周知，陶瓷材料的化學和物理特性雖然穩定，但牢固性不足，尤其是此類傳感器采用了很薄的陶瓷膜片，在受到一定地外力沖擊情況下容易產生碎裂，從而影響到了該傳感元件的使用壽命，而且以上此類結構的傳感元件的制造工藝復雜，工藝要求很高，制造成本太大。?

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術上的缺點，提供出一種工藝結構簡單，電容密封體密封特性好，結構與工作特性穩定，承受過壓能力強，線性度和靈敏度高的電容式壓力傳感器，它可測量10^-3pa-136KP范圍的壓力，測量精度優于千分之五，其測量范圍可通過按權利要求1所述的各個測量元件之間的配置來實現，而且此傳感器對侵蝕介質具有耐蝕性，結構緊湊牢固和造價低廉。?

為此，本發明采用了一種玻璃和合金材料，經過高溫燒結后合成的合成件為電容電極體，在該電容電極體下方，以保持一定位移距離的，在邊緣區密封布置的，用耐蝕性彈性合金制成的壓力感受膜片，所以在該膜片和電容電極體間就構成了一個基準真空室，在該膜片的另一表面也以一定距離布置了一個同樣在其邊緣區密封布置的，由耐蝕性合金制成的殼體，因此在該處構成了一個真空壓力測量室，在該真空壓力測量室配有一個被測介質的輸入連接管，構成基準真空室的電容電極體所對置膜片的玻璃表面涂有金屬元素(金或銀等)導電層，形成電容電極，該電極通過設置在電容電極體上的兩根合金導線被密封性地引出，在邊緣區膜片對電容電極體和合金外殼的密封最好采用焊接，例如用氬氣焊接和激光焊接，但用同樣的耐蝕的玻璃焊料也是較為合適的。?

本發明的用于真空壓力測量的電容式壓力傳感器的特征結構基本實現了對稱，這種對稱結構基本上避免了傳感元件間由于連接而生產的內應力。這對達到很高的測量靈敏度，以及實現高精度和長時間可重復性的、測量低的壓力是非常重要的。由于這種對稱結構采用了由耐蝕性合金制成很薄的彈性合金膜片用來測量低于100pa的低真空壓力時，顯得更加重要。為此膜片被制成(10-200微米)不同的厚度是十分必要的，為了達到很好的分辨率，典型的膜片厚度配置范圍例如為：?

在1000乇時????膜片的厚度為100-200微米?

在100乇時?????膜片的厚度為50-100微米?

在10乇時??????膜片的厚度為30-50微米?

在1乇時???????膜片的厚度為30-40微米?

在0.1乇時?????膜片的厚度為20-25微米?

在0.01乇時????膜片的厚度為10-25微米?

這樣薄的膜片的制作，由于采用了耐蝕性的彈性合金材料，其表面的平整度(即最低點于最高點之差)和氣密度，在遵循有關嚴格的工藝要求下，是完全能夠保障的。?

為了不影響位于邊緣區膜片密封的質量，導電層的引出，在本傳感器的結構布置上實現了直接從電容電極體上完全自然性的密封式地引出，從根本上保證了該傳感器的電容電極密封腔的密封特性。?

為了長期保證該傳感器測量元件的精確功能，基準真空室內必須具有高質量的長期穩定的真空度，為此，在采用泵抽氣后，必須設置“消氣劑”，該“消氣劑”以很小的體積設置在“消氣劑罩室”內，其作用是確保基準真空室內壓力遠遠低于被測壓力，為了避免傳感器內部的污染，“消氣劑”應選用非蒸發型的。?