[发明专利]电容式真空压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于真空压力测量的电容式压力传感器。 

背景技术

众所周知，利用弹性薄膜结构做成一个可变电容结构，当弹性薄膜片在收到压力作用的情况下，产生挠曲性的变化，利用其挠曲度的变化，用一个已知和适用的方法结算与压力变化相适应的电容变化，根据这一原理，人们运用了各种材料制造出了不同结构的用于真空压力测量的电容式压力传感元件。例如选用硅材料和玻璃衬底，以硅膜片作为压力感受膜片的压力传感元件，在真空运用时，不可能在测量较低压力时，实现很高的分辨率，而且受环境因素影响也大。为此，人们选用了各种合金或陶瓷材料制造出了各种不同结构的用于真空压力测量的传感元件，如美国MKS公司发明生产的，利用合金材料制成一个密封的外壳，内置一块陶瓷材料的电极板，用一张合金材质的膜片作为压力感受膜片，且构成了一个可变电容结构，极板和压力感受膜片间的距离依靠一个压环弹簧固定，容易产生松动，从而影响了该传感器元件长期工作的稳定性，而德国莱宝公司发明生产的完全使用陶瓷材料构造的、此类用于真空压力测量的传感元件，虽然避免了以上不足，制造出了一种相对固定的可变电容结构。众所周知，陶瓷材料的化学和物理特性虽然稳定，但牢固性不足，尤其是此类传感器采用了很薄的陶瓷膜片，在受到一定地外力冲击情况下容易产生碎裂，从而影响到了该传感元件的使用寿命，而且以上此类结构的传感元件的制造工艺复杂，工艺要求很高，制造成本太大。 

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术上的缺点，提供出一种工艺结构简单，电容密封体密封特性好，结构与工作特性稳定，承受过压能力强，线性度和灵敏度高的电容式压力传感器，它可测量10^-3pa-136KP范围的压力，测量精度优于千分之五，其测量范围可通过按权利要求1所述的各个测量元件之间的配置来实现，而且此传感器对侵蚀介质具有耐蚀性，结构紧凑牢固和造价低廉。 

为此，本发明采用了一种玻璃和合金材料，经过高温烧结后合成的合成件为电容电极体，在该电容电极体下方，以保持一定位移距离的，在边缘区密封布置的，用耐蚀性弹性合金制成的压力感受膜片，所以在该膜片和电容电极体间就构成了一个基准真空室，在该膜片的另一表面也以一定距离布置了一个同样在其边缘区密封布置的，由耐蚀性合金制成的壳体，因此在该处构成了一个真空压力测量室，在该真空压力测量室配有一个被测介质的输入连接管，构成基准真空室的电容电极体所对置膜片的玻璃表面涂有金属元素(金或银等)导电层，形成电容电极，该电极通过设置在电容电极体上的两根合金导线被密封性地引出，在边缘区膜片对电容电极体和合金外壳的密封最好采用焊接，例如用氩气焊接和激光焊接，但用同样的耐蚀的玻璃焊料也是较为合适的。 

本发明的用于真空压力测量的电容式压力传感器的特征结构基本实现了对称，这种对称结构基本上避免了传感元件间由于连接而生产的内应力。这对达到很高的测量灵敏度，以及实现高精度和长时间可重复性的、测量低的压力是非常重要的。由于这种对称结构采用了由耐蚀性合金制成很薄的弹性合金膜片用来测量低于100pa的低真空压力时，显得更加重要。为此膜片被制成(10-200微米)不同的厚度是十分必要的，为了达到很好的分辨率，典型的膜片厚度配置范围例如为： 

在1000乇时    膜片的厚度为100-200微米 

在100乇时     膜片的厚度为50-100微米 

在10乇时      膜片的厚度为30-50微米 

在1乇时       膜片的厚度为30-40微米 

在0.1乇时     膜片的厚度为20-25微米 

在0.01乇时    膜片的厚度为10-25微米 

这样薄的膜片的制作，由于采用了耐蚀性的弹性合金材料，其表面的平整度(即最低点于最高点之差)和气密度，在遵循有关严格的工艺要求下，是完全能够保障的。 

为了不影响位于边缘区膜片密封的质量，导电层的引出，在本传感器的结构布置上实现了直接从电容电极体上完全自然性的密封式地引出，从根本上保证了该传感器的电容电极密封腔的密封特性。 

为了长期保证该传感器测量元件的精确功能，基准真空室内必须具有高质量的长期稳定的真空度，为此，在采用泵抽气后，必须设置“消气剂”，该“消气剂”以很小的体积设置在“消气剂罩室”内，其作用是确保基准真空室内压力远远低于被测压力，为了避免传感器内部的污染，“消气剂”应选用非蒸发型的。