[發(fā)明專利]一種十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010240197.1
• 申請(qǐng)日: 2020-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN111366289A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊強(qiáng);李孟委;朱澤華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L9/00
• 分類號(hào): G01L9/00
• 代理公司: 北京惠智天成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11681
• 代理人: 劉瑩瑩

一種十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器，可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在900℃和20MPa的高溫高壓環(huán)境下，傳感器包括：封裝外殼，設(shè)置在封裝外殼頂部的上端蓋以及設(shè)置在封裝外殼內(nèi)部底端的陶瓷基座；上端蓋上設(shè)置有一個(gè)圓通孔；陶瓷基座中部開設(shè)有安裝槽；還包括，檢測(cè)基片，檢測(cè)基片設(shè)置在陶瓷基座的安裝槽內(nèi)，檢測(cè)基片中心開設(shè)有方形孔，方形孔上設(shè)置有十字梁，十字梁與檢測(cè)基片的連接處均設(shè)置有納米檢測(cè)單元；傳壓硅膜，傳壓硅膜設(shè)置在檢測(cè)基片上，傳壓硅膜上表面的邊緣與上端蓋底部連接，傳壓硅膜底部中心設(shè)置有突出的硅膜凸柱與十字梁中心連接，實(shí)現(xiàn)力的傳遞；互連組件，互連組件一端與納米檢測(cè)單元連接，互連組件另一端與外部連接從而將壓力信號(hào)傳遞出來。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫高壓測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器。

背景技術(shù)

高溫壓力傳感器主要對(duì)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、核電機(jī)組、石油勘探等設(shè)備中高溫高壓區(qū)域的壓力測(cè)量?，F(xiàn)有硅壓力傳感器靈敏度高，精度好；但其溫度特性差，高溫環(huán)境下穩(wěn)定性低，無法滿足某些設(shè)備高溫高壓區(qū)域的壓力測(cè)量，此外由于封裝等技術(shù)問題，目前采用石墨烯制作的壓力傳感器多用于常溫低壓環(huán)境下如清華大學(xué)設(shè)計(jì)的石墨烯紙基壓力傳感器(Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions)，其量程為0～20KPa，可以實(shí)現(xiàn)手腕脈搏、說話、呼吸和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量。

由于石墨烯、氮化硼的耐高溫性，納米銀焊料可承受900℃的高溫，且采用納米銀焊接的器件抗剪強(qiáng)度達(dá)50MPa。故可利用石墨烯氮化硼材料設(shè)計(jì)一種集成度高，穩(wěn)定性強(qiáng)的耐高溫壓力傳感器。本發(fā)明所述的十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)900℃高溫20MPa壓力的滿量程壓力檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用石墨烯設(shè)計(jì)了一種十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器。具有石墨烯層的納米膜受壓力影響使得十字梁發(fā)生形變進(jìn)而使其電導(dǎo)率發(fā)生改變，然后通過外部檢測(cè)電導(dǎo)率的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種十字梁結(jié)構(gòu)石墨烯高溫壓力傳感器，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在900℃和20MPa的高溫高壓環(huán)境下，所述傳感器包括：

封裝外殼，設(shè)置在所述封裝外殼頂部的上端蓋以及設(shè)置在所述封裝外殼內(nèi)部底端的陶瓷基座；

所述上端蓋上設(shè)置有一個(gè)圓通孔；

所述陶瓷基座中部開設(shè)有安裝槽；

還包括，檢測(cè)基片，所述檢測(cè)基片設(shè)置在所述陶瓷基座的安裝槽內(nèi)，所述檢測(cè)基片中心開設(shè)有方形孔，所述方形孔上設(shè)置有十字梁，所述十字梁與所述檢測(cè)基片的連接處均設(shè)置有納米檢測(cè)單元；

傳壓硅膜，所述傳壓硅膜設(shè)置在所述檢測(cè)基片上，所述傳壓硅膜上表面的邊緣與所述上端蓋底部連接，所述傳壓硅膜底部中心設(shè)置有突出的硅膜凸柱與所述十字梁中心連接，實(shí)現(xiàn)力的傳遞；

互連組件，所述互連組件一端與所述納米檢測(cè)單元連接，所述互連組件另一端與外部連接從而將壓力信號(hào)傳遞出來。

可選地，所述上端蓋與所述傳壓硅膜之間通過第一納米銀連接層連接，所述第一納米銀連接層沿所述圓通孔外周側(cè)設(shè)置；

所述傳壓硅膜與所述檢測(cè)基片之間通過第二納米銀連接層和第三納米銀連接層連接，所述第二納米銀連接層分別設(shè)置在所述傳壓硅膜底部的邊緣處和硅膜凸柱上，所述第三納米銀連接層分別設(shè)置在所述檢測(cè)基片的邊緣處和十字梁中心，所述第二納米銀連接層和第三納米銀連接層相互連接；

所述檢測(cè)基片與所述陶瓷基座之間通過第四納米銀連接層連接，所述第四納米銀連接層設(shè)置在所述陶瓷基座底部的邊緣處；

所述陶瓷基座外側(cè)壁側(cè)通過第五納米銀連接層與所述封裝外殼內(nèi)側(cè)面連接。