[發明專利]柔性電極支撐結構

有效

• 申請號: 201911188540.6
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110879111B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 郜晨希;林琳;王迪;鄭旭;劉瑞琪;遠雁;李超波
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本發明公開了一種柔性電極支撐結構，該柔性電極支撐結構為圓環方波型結構，置于柔性電極外殼臺階處，用于支撐陶瓷定電極，并調節陶瓷定電極與金屬動電極之間的電容距離。本發明提出的柔性電極支撐結構采用圓環方波結構，在高精度薄膜傳感器中，柔性電極支撐結構作為連接媒介，在溫度變化時，通過彈性形變來吸收和釋放陶瓷與金屬熱膨脹系數不同引起的機械遲滯，可以有效避免金屬動電極和陶瓷定電極熱膨脹系數不同導致的機械遲滯。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，尤其涉及一種柔性電極支撐結構。

背景技術

電容式壓力傳感器通常使用金屬膜片做成的動電極和以陶瓷等絕緣材料為基底的定電極構成。金屬動電極與陶瓷定電極間隔有固定的電極結構，以便建立電容。雖然電容式壓力傳感器可以很好的固定定電極，但是隨著時間的推移，例如溫度的變化，幾何結構可能會發生微小的變化。金屬外殼的熱膨脹系數通常大于陶瓷電極的熱膨脹系數。因此，加熱或冷卻電容式傳感器組件可以在組件內產生內應力，從而影響幾何形狀尤其是金屬膜片與陶瓷定電極之間的距離。機械應力在加熱或冷卻過程中會在一定范圍內累積，當應力足夠大時，電極和殼體會相對運動以釋放應力。這種運動的被稱為“粘滑”或“機械滯后”。這些粘滑運動影響幾何結構，并可能對電容傳感器總成的精度產生不利影響，重復性較差，也無法預測和補償。因此，需要設計一種電容式壓力傳感器電極柔性支撐，能夠在較低壓力下改善電極間隙控制，防止溫漂等機械遲滯，從而提高壓力傳感器在較低壓力下的測量能力。

現有技術中，通常采用一個I型支撐圓環來支撐陶瓷定電極，用一個超薄墊片來調整電容距離值，如圖1所示，采用一個I型支撐圓環來支撐陶瓷定電極，缺點是單一支撐環在傳感器溫度變化時無法通過其彈性形變來抵消膨脹系數不同所帶來的機械遲滯，超薄墊片太薄不易于加工，而且需要大量厚度梯度來調節尋找合適電容距離。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的主要目的是提供一種柔性電極支撐結構，以解決金屬動電極和陶瓷定電極熱膨脹系數不同導致機械遲滯，從而影響金屬膜片與陶瓷定電極之間距離值的問題。

(二)技術方案

一種柔性電極支撐結構，該柔性電極支撐結構為圓環方波型結構，置于柔性電極外殼臺階處，用于支撐陶瓷定電極，并調節陶瓷定電極與金屬動電極之間的電容距離。

上述方案中，柔性電極支撐結構由低膨脹合金圓環沖壓而成。

上述方案中，柔性電極支撐結構采用鎳基合金材料制作而成。

上述方案中，柔性電極支撐結構，其彈性系數是陶瓷定電極壓緊彈簧彈性系數5倍至10倍。

上述方案中，柔性電極支撐的彈性系數在2500N/mm至5000N/mm。

上述方案中，柔性電極支撐結構的展旋比大于2∶1。

(三)有益效果

1、本發明提供的柔性電極支撐結構采用圓環方波結構，在高精度薄膜傳感器中，由于溫度變化，陶瓷與金屬熱膨脹系數不同導致的機械遲滯，柔性電極支撐結構作為連接媒介，通過其在溫度變化時，彈性形變來吸收和釋放陶瓷與金屬熱膨脹系數不同引起的機械遲滯，可以有效避免金屬動電極和陶瓷定電極熱膨脹系數不同導致的機械遲滯。

2、本發明提供的柔性電極支撐結構通過調節定電極壓緊彈簧的形變距離，即定電極與外殼上蓋的距離來調節初始柔性支撐的距離，由于柔性支撐彈性系數遠大于壓緊彈簧彈性系數，壓緊彈簧大形變可以變為柔性支撐的微小形變，更精確的控制電容間距。

3、本發明提供的柔性電極支撐結構采用圓環方波結構，可以保證第一腔室和第二腔室壓力的平衡。

附圖說明

圖1為現有技術中調整電容距離方法示意圖；