[實(shí)用新型]藍(lán)寶石絕緣體定電極的電容壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621121408.5
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN206161201U
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紅志;段磊;段祥華;劉爽;張曉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽市傳感技術(shù)研究所
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責(zé)任公司21101
• 代理人: 刁佩德

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種電容壓力傳感器，特別是一種以藍(lán)寶石單晶作為定電極絕緣體的藍(lán)寶石絕緣體定電極的電容壓力傳感器，它可以廣泛應(yīng)用于微電子、鈾濃縮等需高可靠性、小微量程的高精度測量。

背景技術(shù)

對于電容式壓力傳感器，特別是絕壓微小量程的電容傳感器，即在100kPa～10^-2Pa的測量范圍內(nèi)，呈現(xiàn)優(yōu)勢，種類繁多。有代表性的是美國MKS公司生產(chǎn)的6系列電容壓力傳感器。以626型電容壓力傳感器為例，它的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。626型電容壓力傳感器的原理是基于平行板電容器，它的動(dòng)電極1，是用恒彈性耐腐蝕合金薄膜制作。定電極由陶瓷絕緣體10、導(dǎo)電薄膜層2、內(nèi)電極20、絕緣膜層3、外殼柱狀體11、楔尾固定環(huán)12、壓簧13、引線19、外引出電極15、含鈷玻璃16、絕緣子外殼17組成。定電極陶瓷絕緣體用Al₂O₃陶瓷制作。導(dǎo)電薄膜層2是在陶瓷絕緣體拋物面凹面上真空鍍制的導(dǎo)電金屬薄膜，其上同樣真空鍍制的覆蓋整個(gè)導(dǎo)電膜層的絕緣膜層3。導(dǎo)電薄膜層2與內(nèi)電極20相連，內(nèi)電極20與引線19連接于外引出電極15上，組成了定電極板系統(tǒng)。因?yàn)槎姌O的陶瓷絕緣體10，與外殼柱狀體11是裝配式結(jié)構(gòu)，因此，用楔尾固定環(huán)12盡可能將陶瓷絕緣體10固定在外殼柱狀體11的中心位置，用壓簧13，靠外殼蓋18頂壓簧，將陶瓷絕緣體10壓在外殼柱狀體11內(nèi)。外殼蓋18與外殼柱狀體11在高真空下電子束焊接到一起。外殼蓋18上焊有玻璃絕緣子和封有吸氣劑14。玻璃絕緣子是由含鈷玻璃16熔融密封的外引出電極15與絕緣子外殼17之中構(gòu)成。動(dòng)電極1，用軸向可拆解的卡具繃緊恒彈性耐腐蝕鎳基合金薄膜后，靠外殼柱狀體11與帶有引壓口的焊座21夾持，帶著軸向可拆解卡具一同在液壓主軸及液壓頂座的車床上，頂住外殼柱狀體11與帶有引壓口的焊座21，拆去軸向可拆解卡具，車削去薄膜的多余部分，用氬弧焊將動(dòng)電極1、外殼柱狀體11、帶有引壓口的焊座21焊接到一起，固定了動(dòng)電極。

動(dòng)電極1與外引出電極15之間是高真空，是在制作的最后階段，在高真空下焊外殼蓋18實(shí)現(xiàn)的。626型電容壓力傳感器的引壓口與大氣相連時(shí)，由于量程為絕對壓力13.332Pa，動(dòng)電極1是恒彈性薄膜制作，動(dòng)電極1被大氣壓壓在了定電極上。

626型電容壓力傳感器的量程小，在真空測量方面，無論被測介質(zhì)是什么氣體，測得是壓力，而其它，如熱偶型、電離型壓力計(jì)，對于不同氣體的壓力值，輸出有差異。電容壓力傳感器過載強(qiáng)，電信號好處理，帶負(fù)載能力達(dá)10kΩ，結(jié)構(gòu)密封性相對可靠。因此在真空行業(yè)、微電子生產(chǎn)工藝設(shè)備、濃縮鈾離心機(jī)上有廣泛應(yīng)用。626型電容壓力傳感器及相關(guān)產(chǎn)品對華是禁運(yùn)產(chǎn)品。

但是626型電容壓力傳感器，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)也存在缺點(diǎn)：1、陶瓷絕緣體本身就含有大量氣體；2、陶瓷絕緣體與外殼之間采用預(yù)留間隙的裝配式結(jié)構(gòu)，增加了氣體附著表面；3、靠楔尾固定環(huán)和壓簧壓著陶瓷絕緣體于外殼內(nèi)，楔尾固定環(huán)封閉了一個(gè)集氣腔，壓簧又封閉了一個(gè)集氣層，造成集氣；4、內(nèi)電極與外引出電極間靠軟的薄的絕緣層長的導(dǎo)線連接，必然形成寄生電容，此電容的分布不確定，隨著環(huán)境條件，諸如振動(dòng)等帶來這樣不確定因素的加重；5、外引出電極是用含鈷玻璃熔融壓封結(jié)構(gòu)（不匹配）封接，是靠絕緣子外殼的大膨脹系數(shù)，玻璃的次膨脹系數(shù)，外引出電極的小膨脹系數(shù)，當(dāng)玻璃在高溫下熔融，封上了外引出電極、玻璃凝固，靠溫度的降低（從玻璃熔化溫度到常溫），外殼壓著玻璃、玻璃壓著外引出電極，實(shí)現(xiàn)密封。這樣，玻璃一定不能與絕緣子外殼平齊或溢出殼外，否則會(huì)發(fā)生“勢如破竹”的破裂。

綜上所述，626型電容壓力傳感器由于陶瓷的絕緣體放氣，內(nèi)部大面積物理性吸附與化學(xué)性吸附氣體附著，集氣腔的存在，隨著時(shí)間的推移、溫度變化、振動(dòng)的產(chǎn)生、電容的充放電，必然使作為參考壓的真空腔室內(nèi)真空度變差，即動(dòng)電極1與外引出電極15間壓力在不斷升高。那么作為動(dòng)電極的“零點(diǎn)”位置就要發(fā)生變化，因此，626型電容壓力傳感器要求每次正式使用前用調(diào)節(jié)放大電路板上的電位器調(diào)零點(diǎn)和滿度值。其條件是要在高真空下進(jìn)行，對于絕對壓力13.332Pa的量程的壓力傳感器，要在10^-5Pa真空下調(diào)零點(diǎn)。這不僅麻煩，有的用戶根本沒有條件實(shí)現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容