[實用新型]納米硅薄膜壓力傳感器

有效

• 申請號: 201220540296.2
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN202956241U
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 謝貴久;白慶星;安志超;謝鋒;何迎輝;顏志紅;黃華山;龔星
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: G01L9/04
• 分類號: G01L9/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本實用新型涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種采用半導體材料硅制作的納米硅薄膜壓力傳感器。?

背景技術

現有應變式薄膜壓力傳感器是采用金屬體材制成的金屬薄膜壓力傳感器，如圖1所示。這種金屬應變式薄膜壓力傳感器的主要缺點是：

?1．采用金屬薄膜材料制作薄膜應變計，由于金屬材料固有的低應變系數的缺點，以致制成的傳感器的靈敏度很低。

2．在彈性體園杯表面上需要沉積SiO₂絕緣隔離層。但該工藝技術復雜、工藝周期長、苛刻的技術要求，導致成品率降低。

3．引壓嘴與敏感元件的彈性膜片5需要焊接或采用密封圈密封構成壓力腔1。壓力腔1上的焊縫2或密封圈增多將增加傳感器泄漏的機率，降低了傳感器的可靠性和穩定性。?

發明內容

本實用新型的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種納米硅薄膜壓力傳感器，靈敏度高、穩定性好。

本實用新型的技術方案為，一種納米硅薄膜壓力傳感器，包括前端設有引壓嘴的壓力腔、一端固定到壓力腔后部的外罩和置于壓力腔后端的彈性膜片，所述外罩與壓力腔之間形成密封腔體，并在外罩上設有航空插頭；壓力腔后端面作為彈性膜片，并在壓力腔后端面安裝由納米硅應變材料制成的4個納米硅薄膜應變電阻，所述4個納米硅薄膜應變電阻按壓力腔中心軸對稱分布構成惠斯登電橋，該惠斯登電橋的輸入端與壓力腔后端面連接，而惠斯登電橋的輸出端與置于密封腔體內的輸入輸出模塊的輸入端連接，所述輸入輸出模塊的輸出端連接到外罩的航空插頭上；所述納米硅薄膜應變電阻與壓力腔后端面之間設有絕緣層，而在納米硅薄膜應變電阻外側覆有保護層。?

所述輸入輸出模塊依次包括內引線板、電路元件板和外引線板，該模塊輸出是經溫度補償修正后的電信號。

所述絕緣層為SiO₂薄膜或Si₃N₄薄膜，可謂熔融玻璃。

所述保護層為SiO₂薄膜，形成鈍化層。

當被測介質（液體、氣體）的壓力通過在壓力腔前端引壓嘴進入壓力腔內，作用在壓力腔后端面，即彈性膜片上；彈性膜片上的納米硅應變電阻因受壓而發生形變，構成惠斯登電橋的四個電阻阻值發生變化，導致電橋失去平衡，從而輸出與壓力成正比例的電信號，通過輸入輸出模塊的智能溫度補償，零點輸出補償后，再通過模塊輸出端連接到外罩上的航空接頭輸出，從而實現了壓力測量。

本實用新型最終可實現：采用半導體材料硅制作納米硅薄膜壓力傳感器，由于納米硅薄膜電阻應變系數為n?+?με（微應變）到100με（微應變），納米硅薄膜壓力傳感器的輸出靈敏度大幅提高，比現有技術的采用金屬薄膜應變計的薄膜壓力傳感器的靈敏度高1-2個數量級。導致獨立傳感器及其它與靈敏度有關的技術性能大幅提高。傳感器精度高（0.05%FS-0.10%FS），長期穩定性好（0.10%FS/年）、工作穩定范圍寬（-40℃_????-?+250℃）、動態特征好、耐頻繁脈沖沖擊、抗振動、抗電磁輻射、可靠性高等優良性能。同時傳感器結構模塊化簡化了生產工藝，成品率提高、降低成本。適于大批量生產。

附圖說明

圖1為背景技術中現有壓力傳感器的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述壓力傳感器的結構示意圖；

圖3為納米硅薄膜應變電阻與壓力腔的連接結構示意圖；

圖4為4個納米硅薄膜應變電阻構成惠斯登電橋的示意圖。

具體實施方式

????如圖2所示，一種納米硅薄膜壓力傳感器，包括前端設有引壓嘴3的壓力腔1、一端固定到壓力腔1后部的外罩4和置于壓力腔1后端的彈性膜片5，外罩4與壓力腔1之間形成密封腔體12，并在外罩4上設有航空插頭13；壓力腔1后端面作為彈性膜片5，并在壓力腔1后端面安裝由納米硅應變材料制成的4個納米硅薄膜應變電阻10，如圖4所示，?4個納米硅薄膜應變電阻R₁、R₂、R₃、R₄按壓力腔1中心軸對稱分布構成惠斯登電橋，電阻上的箭頭方向，表示四個電阻受壓力作用隨電阻增加減少的趨向，a、b為輸入端，c、d為輸出端，該惠斯登電橋的輸入端與壓力腔1后端面連接，而惠斯登電橋的輸出端與置于密封腔體12內的輸入輸出模塊的輸入端連接，所述輸入輸出模塊的輸出端連接到外罩4的航空插頭13上；如圖3所示，納米硅薄膜應變電阻10與壓力腔1后端面之間設有絕緣層9，而在納米硅薄膜應變電阻10外側覆有保護層11。?