[實(shí)用新型]可輸出多個(gè)參量的硅電容差壓傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020686302.6
• 申請(qǐng)日: 2010-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201993195U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治國(guó);李穎;劉劍;張娜;劉波;劉沁;徐秋玲;張哲;王雪冰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01L13/06
• 分類(lèi)號(hào): G01L13/06;B81C1/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 崔紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及傳感器制造及其信號(hào)處理技術(shù)，可輸出多個(gè)參量的硅電容差壓傳感器。

背景技術(shù)

硅電容差壓傳感器是一種新型的結(jié)構(gòu)型差壓傳感器，核心敏感器件采用單晶硅材料，利用微電子和微機(jī)械加工融合技術(shù)制作，由于硅材料彈性體的材料的自身優(yōu)勢(shì)，使硅電容傳感器與以往的金屬電容傳感器相比，在測(cè)量精度、穩(wěn)定性等方面都具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。硅電容傳感器的核心敏感器件把外加的兩個(gè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容變化，檢測(cè)電路則把電容的變化轉(zhuǎn)換為需要的電信號(hào)，對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理就可以得到相應(yīng)的輸出信號(hào)。

對(duì)于差壓傳感器來(lái)說(shuō)，在理想情況下其輸出與外加壓力差敏感，對(duì)壓力值不敏感，即差壓傳感器的靜壓影響應(yīng)該很小。但實(shí)際情況中，許多因素都會(huì)造成差壓傳感器的輸出信號(hào)受到靜壓的影響，這種靜壓影響對(duì)傳感器的差壓測(cè)量結(jié)果造成一種附加誤差，直接影響傳感器的綜合測(cè)量精度。為了提高差壓傳感器的綜合精度，有必要降低差壓傳感器的靜壓影響。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，電容差壓傳感器通常都是單參量輸出，即單一量輸出對(duì)應(yīng)差壓輸入信號(hào)，無(wú)靜壓和溫度等參數(shù)輸出信息，使得傳感器的后補(bǔ)償技術(shù)受到了限制，也無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要的提供多個(gè)參數(shù)的要求。

隨著我國(guó)工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)的智能化發(fā)展，工業(yè)控制儀表對(duì)多參數(shù)、高精度的傳感器的需求量日益增長(zhǎng)，多參數(shù)輸出傳感器逐步取代單一參量輸出傳感器已成為必然的趨勢(shì)，同時(shí)也對(duì)傳感器實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量提出了更高的要求。因此在傳感器的設(shè)計(jì)上增加多參數(shù)測(cè)量單元，并通過(guò)補(bǔ)償技術(shù)降低傳感器的靜壓影響，提高傳感器的綜合精度十分必要。

目前，有效降低電容差壓傳感器的靜壓影響的基本方法是：1、通過(guò)優(yōu)化傳感器的設(shè)計(jì)及制造工藝，從根本上直接提高傳感器的靜壓指標(biāo)。該方法對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)及制造工藝乃至工藝裝備要求更高，對(duì)實(shí)現(xiàn)的條件要求更苛刻，實(shí)現(xiàn)難度大，有時(shí)在一定條件下難以持續(xù)降低靜壓影響，在一定的瓶頸條件下可能造成技術(shù)停步，并導(dǎo)致生產(chǎn)成本難以進(jìn)一步下降。2、采用軟硬件結(jié)合的補(bǔ)償技術(shù)，通過(guò)快速發(fā)展的數(shù)字化處理技術(shù)，提高電容傳感器的靜壓指標(biāo)。這種方法對(duì)設(shè)計(jì)及工藝裝備依賴(lài)較低，相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)。還可以把某些靜壓指標(biāo)不滿(mǎn)足要求的電容傳感器通過(guò)靜壓補(bǔ)償技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮膫鞲衅鳎瑥亩岣邆鞲衅鞯木C合精度，提高成品率，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。目前，關(guān)于硅電容多功能差壓傳感器靜壓影響補(bǔ)償方法的內(nèi)容未見(jiàn)到公開(kāi)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是提供可輸出多個(gè)參量的硅電容差壓傳感器，實(shí)現(xiàn)單一傳感器同點(diǎn)的多參數(shù)輸出及輸出特性的高精度測(cè)量，有效消除靜壓、溫度等附加誤差，提高電容傳感器的綜合測(cè)量精度。

多參數(shù)輸出的硅電容差壓傳感器，在硅電容敏感芯體管座內(nèi)設(shè)置差壓測(cè)量敏感元件、靜壓敏感元件和溫度敏感元件，其特征在于將集靜壓、溫度敏感元件為一體的壓力溫度傳感器置于硅電容敏感芯體的燒結(jié)管座上，將各個(gè)敏感元件的輸出電極分別通過(guò)硅鋁絲壓焊與燒結(jié)管座的對(duì)應(yīng)引腳相連，并與檢測(cè)電路相連，將各敏感元件封裝在由金屬隔離膜片隔離密封的硅油充灌液中；該傳感器的兩引壓口分別與受壓部的高壓腔和低壓腔相連，外加壓力通過(guò)傳感器內(nèi)部的充灌液傳遞到敏感單元。通過(guò)三個(gè)參量敏感單元及后部轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)單一傳感器同點(diǎn)的多參數(shù)輸出；同時(shí)利用產(chǎn)生的靜壓參量和溫度參量通過(guò)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)補(bǔ)償處理電路的處理實(shí)現(xiàn)對(duì)差壓測(cè)量參量的補(bǔ)償校正。

差壓敏感單元1a的結(jié)構(gòu)，中心硅極板1a-1為雙面拋光的硅單晶片上采用微機(jī)械加工工藝制作，中間有一個(gè)和膜區(qū)相連的可以上下移動(dòng)的質(zhì)量塊1a-8，固定極板1a-2由雙拋玻璃制作，先在玻璃上加工出導(dǎo)壓孔1a-7再采用濺射、光刻等工藝在表面形成電極層1a-6，同時(shí)在導(dǎo)壓孔1a-7中形成金屬連線，做為玻璃固定極板電極的引出連線，玻璃底板1a-3和玻璃極板1a-2相連，在其邊有壓焊點(diǎn)1a-9以便實(shí)現(xiàn)電容下極板的電極引出，硅中心極板1a-1與玻璃固定極板1a-2、玻璃底板1a-3與導(dǎo)壓管1a-4采用靜電封接工藝連接在一起，玻璃固定極板1a-2與玻璃底板1a-3之間采用導(dǎo)電膠相連，導(dǎo)壓管1a-4和傳感器底座7之間采用焊接工藝實(shí)現(xiàn)氣密連接；采用壓焊工藝在焊點(diǎn)1a-9和燒結(jié)端子6之間形成硅鋁絲連線1a-10做為電容電極引出，最后將差壓敏感單元1a裝入基座7內(nèi)；在基座7內(nèi)有硅油作為外界壓力的傳導(dǎo)介質(zhì)。

本實(shí)用新型的突出貢獻(xiàn)是：

1、在硅電容差壓傳感器中引入靜壓敏感單元，由靜壓敏感單元測(cè)試出測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的靜壓量值，經(jīng)過(guò)處理補(bǔ)償電路的數(shù)字處理利用靜壓測(cè)量值對(duì)硅電容差壓敏感單元的測(cè)量值進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)硅電容差壓傳感器的靜壓影響補(bǔ)償，提高傳感器的綜合精度。